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量子計(jì)算的意義

第1篇：量子計(jì)算的意義范文

關(guān)鍵詞:自相似;緩沖區(qū)管理算法;隊(duì)列調(diào)度算法;偽擴(kuò)充;突發(fā)

A New Queues Management Algorithm Based on Self-Similar Traffic

ZHU Xun

(Department of Computer Science & Technology, Chengdu University of Information & Technology, Chengdu 610225, China)

Abstract: In view of network traffic self-similarity, reference to the two main available measures to deal this characteristic, this paper put forward a new queue management algorithm for the characteristic. The algorithm consists of buffer management strategy and queues scheduling strategy. The new queue management algorithm uses a new method which is named as "pseudo-expansion buffer zone". The "pseudo-expansion" strategy keeps the total buffer zone unchanged, but adds anther queue for dealing with self-similar burst traffic. For "expanded" buffer, new queue scheduling algorithm is based on static priority and round-robin. form the theoretical analysis, the new queue management algorithm is useful when dealing self-similar network traffic.

Key words: self-similarity; buffer management algorithm; queue scheduling algorithm; pseudo-expansion; burst

通過大量的網(wǎng)絡(luò)測(cè)量和分析證實(shí)了:Internet業(yè)務(wù)流(如LAN[1]、WAN[2]、Web[3]流量)在所有時(shí)間尺度均呈現(xiàn)自相似特性(Self-Similarity)。自相似突出表現(xiàn)為業(yè)務(wù)的突發(fā):沒有一個(gè)明確、本質(zhì)的長(zhǎng)度,從微秒到分鐘,從分鐘到小時(shí),數(shù)據(jù)流的突發(fā)性并不隨著時(shí)間規(guī)模的增大而變?nèi)?不同時(shí)間標(biāo)度數(shù)據(jù)流都表現(xiàn)出相似的突發(fā)特性[4]。在自相似流量下,基于傳統(tǒng)的排隊(duì)模型、泊松流模型、Markov鏈模型等網(wǎng)絡(luò)流量模型的隊(duì)列調(diào)度策略和分組交換算法已經(jīng)不太適應(yīng)。眾多專家學(xué)者對(duì)自相似流量下的分組交換算法做相當(dāng)多的研究,提出了一些更合適于的數(shù)據(jù)包調(diào)度、交換算法,如:基于動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)和基于服務(wù)概率的隊(duì)列管理算法[5]。

在自相似網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中,如果要得到較高有效緩存利用率或低溢出概率,可以采用以下兩種方法:一種是增加路由器緩存容量;另一種是采用有效的隊(duì)列管理算法。但使用第一種方法有如下缺點(diǎn):當(dāng)大容量緩存都被充滿時(shí),所有連接上的延遲都將急劇增大;突發(fā)聚集成更大的突發(fā),導(dǎo)致?lián)砣^續(xù)拖延下去,因此增加緩存容量并不能有效降低溢出概率。因此,如何改進(jìn)隊(duì)列管理算法成為眾多學(xué)者關(guān)注的焦點(diǎn)。

受文獻(xiàn)[5]及其他基于動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列管理算法的啟發(fā),本文提出了基于“偽擴(kuò)充”的隊(duì)列管理算法。

1 新隊(duì)列管理算法介紹

該文提出的基于“偽擴(kuò)充”的隊(duì)列管理算法由兩部分構(gòu)成:一是隊(duì)列緩沖區(qū)“偽擴(kuò)充”,另一是針對(duì)擴(kuò)充后的隊(duì)列調(diào)度算法。

1.1 緩沖區(qū)管理算法

在應(yīng)對(duì)自相似突發(fā)流量的解決方法中有一種可用的方法是擴(kuò)大緩沖區(qū)容量,“偽擴(kuò)充”隊(duì)列管理算法結(jié)合了這種的思想?！皞螖U(kuò)充”策略是在保持隊(duì)列緩沖區(qū)總大小不變的情況下,按照一定策略,從原有緩沖區(qū)隊(duì)列中,對(duì)各個(gè)隊(duì)列進(jìn)行適當(dāng)比例的空間截取,把這些截取的空間進(jìn)行拼接成一個(gè)新的隊(duì)列,即為“擴(kuò)充”了緩沖區(qū)。再結(jié)合隊(duì)列管理算法,提高自相似流量下隊(duì)列緩沖區(qū)的利用率?！皵U(kuò)充”的新隊(duì)列用于輔助每一個(gè)隊(duì)列應(yīng)對(duì)突發(fā)的自相似網(wǎng)絡(luò)流量,相當(dāng)于擴(kuò)大了單個(gè)隊(duì)列的容量。

緩沖區(qū)截取的策略:假設(shè)原有緩沖區(qū)共分i個(gè)隊(duì)列,其中每個(gè)隊(duì)列的大小為p單位。新的算法是把i個(gè)隊(duì)列的緩沖區(qū)進(jìn)行截短,設(shè)截取參數(shù)為a,把截取的i段緩沖區(qū)組合成一個(gè)隊(duì)列,如果使得合并的新隊(duì)列大小和截取操后的原隊(duì)列的大小保持相近,則a的取值為1/(i+1)。轉(zhuǎn)化效果如圖1所示。

緩沖區(qū)按照?qǐng)D1所示意的“擴(kuò)充”策略轉(zhuǎn)化后,當(dāng)某類型業(yè)務(wù)流對(duì)應(yīng)的隊(duì)列滿后,新隊(duì)列作為原隊(duì)列的一個(gè)后備隊(duì)列,這樣相當(dāng)于給原有隊(duì)列增大到原來的2i/(i+1)倍。

數(shù)據(jù)包從分類器進(jìn)入相應(yīng)優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列,當(dāng)相應(yīng)的隊(duì)列滿后,后續(xù)的數(shù)據(jù)包進(jìn)入第n+1個(gè)隊(duì)列(即為新隊(duì)列)中,如果第n+1個(gè)隊(duì)列也為滿的情況下,對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)包做簡(jiǎn)單的丟棄。

1.2隊(duì)列調(diào)度算法

對(duì)于隊(duì)列服務(wù)管理常用的有兩類,一種是基于通用處理機(jī)共享,一種是基于輪詢。這兩類算法存在一個(gè)共同的問題, 即需要執(zhí)行基于數(shù)據(jù)包的權(quán)重計(jì)算,其中對(duì)基于GPS的算法, 需要對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行虛時(shí)間計(jì)算;而基于動(dòng)態(tài)優(yōu)先級(jí)的輪詢類算法, 每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包就需要重新計(jì)算權(quán)重參數(shù)。對(duì)比兩種算法的計(jì)算復(fù)雜度,基于輪詢的算法更小,所以本文提出的隊(duì)列調(diào)度策略基于輪詢算法。

本論文提出的算法的隊(duì)列管理策略如下:給緩沖區(qū)中各個(gè)隊(duì)列進(jìn)行優(yōu)先級(jí)設(shè)定,以及時(shí)間片分配,每個(gè)隊(duì)列分配到的優(yōu)先級(jí)和時(shí)間片作為一個(gè)常量。如緩沖區(qū)共有隊(duì)列n個(gè),“擴(kuò)充”后則為n+1個(gè),對(duì)n個(gè)隊(duì)列進(jìn)行優(yōu)先級(jí)分配,第一個(gè)隊(duì)列優(yōu)先級(jí)設(shè)定為1,也即為最低優(yōu)先級(jí),時(shí)間片分配t1個(gè)單位;第二個(gè)優(yōu)先級(jí)設(shè)定為2,時(shí)間片分配t2個(gè)單位;以此類推至第n個(gè)隊(duì)列。第n+1個(gè)隊(duì)列(即為新隊(duì)列)調(diào)度算法按照隊(duì)列分配的時(shí)間片進(jìn)行,兼顧緩沖區(qū)原有隊(duì)列的時(shí)間片分配,新隊(duì)列的時(shí)間片分配原則按照平均的原則,做原有隊(duì)列分配時(shí)間片和的平均值。新隊(duì)列的優(yōu)先級(jí)定位0,其時(shí)間片分配按tn/i個(gè)單位,即按照中等優(yōu)先級(jí)隊(duì)列分配時(shí)間片。

隊(duì)列輪詢服務(wù)算法流程如下:

1)對(duì)隊(duì)列的執(zhí)行為從優(yōu)先級(jí)最高的隊(duì)列開始,設(shè)置一個(gè)變量index值為n(變量index用于存儲(chǔ)當(dāng)前接受服務(wù)隊(duì)列優(yōu)先級(jí),也即是指向當(dāng)前接受服務(wù)的隊(duì)列);

2)如果隊(duì)列優(yōu)先級(jí)大于0,轉(zhuǎn)到3),否則轉(zhuǎn)到6);

3)按照優(yōu)先級(jí)級(jí)別為index應(yīng)分配到的時(shí)間片進(jìn)行服務(wù),當(dāng)時(shí)間片用完但仍未處理完該隊(duì)列的數(shù)據(jù)包時(shí),轉(zhuǎn)到4),如果數(shù)據(jù)處理完,仍有時(shí)間片剩余時(shí)轉(zhuǎn)到5);

4)中斷該隊(duì)列的處理,index值減1,轉(zhuǎn)到2);

5)用剩余的時(shí)間片處理第n+1個(gè)隊(duì)列中數(shù)據(jù),時(shí)間片用完時(shí)仍未處理完時(shí),index值減1,轉(zhuǎn)到2);如第n+1個(gè)隊(duì)列中的數(shù)據(jù)處理完,但時(shí)間片仍有剩余時(shí),轉(zhuǎn)入到下一個(gè)優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列,index值減1,轉(zhuǎn)到2);

6)按照第n+1個(gè)隊(duì)列對(duì)應(yīng)的時(shí)間片進(jìn)行數(shù)據(jù)包處理,時(shí)間片到但仍未處理完數(shù)據(jù)時(shí),轉(zhuǎn)到1;處理完數(shù)據(jù)包后,時(shí)間片仍有剩余則轉(zhuǎn)到1)。

2新算法的優(yōu)點(diǎn)分析

2.1 適合自相似流量的突發(fā)性

自相似流量具有突發(fā)性,突發(fā)數(shù)據(jù)包到達(dá)是對(duì)隊(duì)列緩沖區(qū)的要求特別大。Laskin等人[6]基于FLM(Fractional Levy Motion)過程建立了一個(gè)經(jīng)典的解析模型,并得出自相似網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中隊(duì)列緩存容量需求b(或稱隊(duì)列長(zhǎng)度)與平均資源利用率ρ的關(guān)系如下:

b=cp 1/(a-a?H)(1-p) -H(1-H),其中,c為一個(gè)常數(shù),a∈(0,2)為特征指數(shù);H∈[1/a ,1)為自相似參數(shù),且H越大,自相似程度越高。在c為1的情況下,從(a=2,H=0.7)、(a=2,H=0.9)、(a=0.6,H=0.8)和(a=1.2,H=0.8)四組條件下函數(shù)對(duì)應(yīng)的曲線分析,自相似參數(shù)H越大,曲線斜率變化越大,隊(duì)列緩存容量需要也越大,并在緩存平均利用率為35%~65%區(qū)間內(nèi)開始急劇增長(zhǎng)[4]。

按照新算法,由于對(duì)發(fā)生突發(fā)業(yè)務(wù)流量的隊(duì)列長(zhǎng)度增加了近一倍大小。也既是在沒有增加緩沖區(qū)總體容量和緩沖區(qū)數(shù)據(jù)包的處理時(shí)延的情況下,增大隊(duì)列緩沖區(qū)的容量。所以能有效應(yīng)對(duì)突發(fā)的自相似流量。

2.2較基于隊(duì)列長(zhǎng)度動(dòng)態(tài)管理算法

動(dòng)態(tài)調(diào)整的算法,往往是在突發(fā)的自相似流量到達(dá)并溢出隊(duì)列時(shí),根據(jù)丟包標(biāo)識(shí)位的定時(shí)掃描發(fā)現(xiàn),然后掃描有空閑的隊(duì)列上截取空閑部分,再進(jìn)行和現(xiàn)有隊(duì)列拼接。其中丟包標(biāo)識(shí)位的定時(shí)循環(huán)掃描、空閑隊(duì)列的掃描都是耗時(shí)的,并且空閑隊(duì)列的截取和拼接在較差情況下,會(huì)導(dǎo)致更多的丟包以及空閑隊(duì)列的掃描、截取和拼接的耗時(shí)。

本文提出的新的算法,把發(fā)生突況后,原隊(duì)列被填充滿后,會(huì)把更多的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)移到新生成的隊(duì)列中,避免了隊(duì)列的丟包標(biāo)示位的掃描、空閑隊(duì)列的掃描、截取和拼接造成的時(shí)延,有利于提高緩沖區(qū)中數(shù)據(jù)包的響應(yīng)時(shí)間,增大了吞吐量。

2.3較基于服務(wù)概率的隊(duì)列調(diào)度算法

基于優(yōu)先級(jí)調(diào)度的輪詢的算法存在“饑餓”問題,有的學(xué)者提出了“概率優(yōu)先級(jí)(probabilistic priority)”的概念來解決此問題[7]。該策略它為每個(gè)優(yōu)先級(jí)分配一個(gè)服務(wù)概率參數(shù), 當(dāng)該優(yōu)先級(jí)獲得服務(wù)機(jī)會(huì)時(shí),不是100%獲得服務(wù), 而是以該服務(wù)概率參數(shù)的概率獲得服務(wù)。

本文中提出的隊(duì)列管理算法是更為簡(jiǎn)單:它給固定優(yōu)先級(jí)的隊(duì)列分配固定的時(shí)間片。在隊(duì)列滿負(fù)荷工作的情況下,各個(gè)隊(duì)列循環(huán)掃描服務(wù)一遍后,優(yōu)先級(jí)最高的隊(duì)列得到了最長(zhǎng)時(shí)間的服務(wù),優(yōu)先級(jí)最低的得到的服務(wù)時(shí)間最少,從而保證了優(yōu)先級(jí)隊(duì)列的服務(wù)時(shí)間,又避免了“饑餓”現(xiàn)象的發(fā)生。本文中對(duì)“優(yōu)先級(jí)”的處理為:并非高優(yōu)先級(jí)的處理完再處理低優(yōu)先級(jí)的,而是按優(yōu)先級(jí)分配處理時(shí)間片。

2.4較自相似流量的檢測(cè)機(jī)制

在處理自相似突發(fā)流量研究中,有些學(xué)者提出了對(duì)自相似流量的早檢測(cè)的方法。文章[8]提出的隨即早檢測(cè)的方法是對(duì)比于泊松模型下的網(wǎng)絡(luò)流量,基于自相似流量的突發(fā)性,擴(kuò)大最大和最小值之間差距的方式來檢測(cè)自相似流量,并設(shè)計(jì)了一種丟包策略。

由于自相似流量的突發(fā)的特性,考慮進(jìn)入交換系統(tǒng)中多種不同的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流和同一數(shù)據(jù)流在具體的不同時(shí)間段下的流量波動(dòng),自相似流量的hurst指數(shù)的并不確定性,因此對(duì)于自相似流量的早檢測(cè)方法,都是具有局限性的。并且由于計(jì)算數(shù)據(jù)包到達(dá)的流量和比較流量是否達(dá)到自相似閾值都有一定耗時(shí),本論文中提出的新算法節(jié)省了上述耗時(shí)操作,以分配更多的時(shí)間片給緩沖區(qū)隊(duì)列用于數(shù)據(jù)包處理。

3 結(jié)束語(yǔ)

該文中提出的算法,在緩沖區(qū)的管理策略上和隊(duì)列調(diào)度算法上,對(duì)比于眾多基于動(dòng)態(tài)隊(duì)列調(diào)整的算法有著顯著的不同,“擴(kuò)充”的緩沖區(qū)隊(duì)列、避免了動(dòng)態(tài)調(diào)整隊(duì)列長(zhǎng)度上的耗時(shí)和避免優(yōu)先權(quán)重計(jì)算的調(diào)度算法,三者會(huì)使得系統(tǒng)吞吐量更大,進(jìn)而能有效應(yīng)對(duì)自相似的突發(fā)流量。

該算法下一步的工作是通過仿真,驗(yàn)證算法的實(shí)際效果。然后研究實(shí)際情況下的不同業(yè)務(wù)流量,設(shè)計(jì)更優(yōu)的隊(duì)列管理算法。

參考文獻(xiàn):

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[5] 尹德斌,謝劍英.一種新的加權(quán)公平調(diào)度算法[J].計(jì)算機(jī)工程,2008,2,34(4):28-30.

[6] Laskin N,Lambadaris I,Harmantzis F C,Devetsikiotis M.Fractional Levy Motion and its Application to Network Traffic Modeling[J].Computer Networks (S1389-1286),2002(40):363-375.

第2篇：量子計(jì)算的意義范文

關(guān)鍵詞:有限取樣法;霉酚酸;自身免疫性疾病;藥動(dòng)學(xué)

霉酚酸(mycophenolic acid，MPA)為免疫抑制劑霉酚酸酯(mycophenolate mofetil，MMF)的體內(nèi)活性代謝物，其可以選擇性阻斷T和B淋巴細(xì)胞的增殖，在器官移植以及自身免疫性疾病(autoimmune disease，AID)的治療中發(fā)揮著重要作用。但由于其藥動(dòng)學(xué)及藥效學(xué)存在極大的個(gè)體差異，臨床治療需要個(gè)體化給藥。研究發(fā)現(xiàn)，MMF的治療效果與MPA體內(nèi)暴露藥量(AUC)密切相關(guān)［1-2］，而常規(guī)AUC的監(jiān)測(cè)需要全時(shí)程血藥濃度-時(shí)間點(diǎn)(8～12個(gè)采血點(diǎn))，并用梯形法計(jì)算，不僅繁瑣、測(cè)定費(fèi)用高，而且給患者帶來不便和痛苦。因此，借助只需采測(cè)1～4個(gè)血樣濃度即可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)AUC的有限取樣法(Lim-ited sampling strategy，LSS)可以解決這一難題，應(yīng)用LSS估算器官移植患者群體MPA AUC的報(bào)道已較廣泛［3-4］，但在AID患者群體的報(bào)道較少，有限的一些國(guó)外報(bào)道結(jié)論并不一致［5］，由于MMF代謝酶基因多態(tài)性的種族差異，這些結(jié)論也不適用于國(guó)內(nèi)種族群體。本試驗(yàn)對(duì)依從MMF+甲潑尼龍二聯(lián)免疫抑制方案的24例中國(guó)成年AID患者進(jìn)行了研究，在獲取MPA全時(shí)程藥動(dòng)學(xué)的基礎(chǔ)上，利用多元線性回歸法擬合估算MPA AUC的有限取樣模型，并對(duì)模型進(jìn)行外部驗(yàn)證，以尋找準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、實(shí)用的LSS指導(dǎo)MPA的個(gè)體化用藥。

1材料與方法

1.1研究對(duì)象

選擇2009年1月～2014年12月期間，在我院腎臟內(nèi)科治療的自身免疫性疾病患者24例(IgA腎病患者14例，狼瘡性腎炎患者5例，血管炎相關(guān)腎病5例)，所有患者服用MMF的劑量均為每次0.75 g，q12 h，連續(xù)服藥均＞7 d，甲潑尼龍約為0.32 g·d－1，大部分患者定期服用蓋三淳與質(zhì)子泵抑制劑以對(duì)抗糖皮質(zhì)激素引發(fā)的骨質(zhì)疏松及消化潰瘍等副作用;試驗(yàn)過程中無病例死亡，有5例出現(xiàn)輕度感染，經(jīng)抗生素治療后好轉(zhuǎn)，所有入組患者均完成本試驗(yàn)。試驗(yàn)方案獲同濟(jì)大學(xué)附屬楊浦醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者在研究開始前自愿簽署了知情同意書。

1.2藥物與儀器

MMF膠囊(商品名:驍悉，規(guī)格:每粒0.25 g，批號(hào):SH0089，上海羅氏制藥有限公司);MPA對(duì)照品(上海羅氏制藥有限公司，批號(hào):L13111/b，純度＞96%);內(nèi)標(biāo)卡馬西平對(duì)照品(Sigma公司，批號(hào)為100142-199503，純度＞98%);甲醇和乙腈均為色譜純;試驗(yàn)用水為超純水。

1500系列高效液相色譜儀(美國(guó)Waters公司，包括1525二元泵、2489紫外檢測(cè)器、2707自動(dòng)進(jìn)樣器、智能柱溫箱、BreezeTM Software色譜工作站);MS204S型電子分析天平(瑞士梅特勒公司);超純水儀(Synergy UV系統(tǒng)，美國(guó)Millipore公司);Allegra X－30R超速冷凍離心機(jī)(貝克曼庫(kù)爾特有限公司);MIXER-UZUSIO VTX－3000L旋渦混合器(上海飛域國(guó)際貿(mào)易有限公司)。

1.3血清樣品采集

患者服藥達(dá)穩(wěn)態(tài)后，在研究當(dāng)日清晨服藥前即刻、服藥后0.5，1，1.5，2，4，6，8和12 h采取血樣3～5 mL，于4℃下4 000 r·min－1離心10 min，取上層血清再于同溫度下12 000 r·min－1，離心10 min，取上層血清于－80℃保存。

1.4樣品處理及測(cè)定

取待測(cè)血清100μL，加入100μL含有卡馬西平(4 mg·L－1)的蛋白沉淀劑(3 g·L－1 ZnSO的甲醇溶液)，振蕩20 s混勻;13 000 r·min－1，4℃，離心10 min，取上清液進(jìn)樣20μL，測(cè)定。

色譜柱:XBrigeTM C(4.6 mm×250 mm，5μm);流動(dòng)相:20 mmol·L－1 NaH PO(用20%磷酸調(diào)至pH 3.0)-甲醇=45∶55;流速1.2 mL·min－1;檢測(cè)波長(zhǎng)304 nm;柱溫45℃;進(jìn)樣量20μL。

該方法經(jīng)體內(nèi)藥物分析方法學(xué)指標(biāo)驗(yàn)證均符合生物樣品測(cè)試要求，MPA在0.312 5～50 mg·L－1內(nèi)線性良好，標(biāo)準(zhǔn)曲線方程式為Y=0.76ρ－0.16(Y為檢測(cè)物與內(nèi)標(biāo)峰面積比值，ρ為MPA的質(zhì)量濃度)，相關(guān)系數(shù)r=0.999 7，定量下限為0.3 mg·L－1，反復(fù)凍融3次，－70℃放置6個(gè)月以及室溫放置24 h后，回收率均在90%～110%，RSD均＜10%。

1.5藥動(dòng)學(xué)參數(shù)計(jì)算

血藥濃度直觀圖繪制，梯形法計(jì)算MPA AUC0-12 h應(yīng)用EXCEL完成;c0 h，c12 h，cmax以及tmax均為實(shí)際測(cè)量值。模型資料組及驗(yàn)證資料組之間參數(shù)的比較，多元線性回歸分析均通過SAS 6.0統(tǒng)計(jì)軟件實(shí)施。

1.6 LSS模型的建立與驗(yàn)證

對(duì)模型資料組的參數(shù)，利用多元線性回歸方法中的最優(yōu)子集法，以決定系數(shù)r2最大為最優(yōu)準(zhǔn)則，分別以1～4個(gè)濃度點(diǎn)為自變量，遴選出r2排在前三位的多元線性方程，并代入驗(yàn)證資料組進(jìn)行驗(yàn)證，計(jì)算平均預(yù)測(cè)誤差(mean percentage prediction error，MPPE，代表模型準(zhǔn)確性，見式1)和平均絕對(duì)預(yù)測(cè)誤差(mean absolute percentage prediction error，MAPE，代表模型精密度，見式2)。

式1:MPPE=1∑(Pe)

式2:MAPE=1∑|Pe|

式中Pe=percentage prediction error=(AUC預(yù)測(cè)值－AUC實(shí)測(cè)值)/AUC實(shí)測(cè)值×100%，N為驗(yàn)證資料組患者例數(shù)。

考慮到谷濃度、峰濃度可能的影響，方案設(shè)計(jì)對(duì)0，1，12 h 3個(gè)點(diǎn)的MPA濃度進(jìn)行取點(diǎn)建模估算MPA AUC;此外，還從藥動(dòng)學(xué)的角度，在分布相與消除相及交界處的1，4，8，12 h的血藥濃度中模擬最佳取點(diǎn)時(shí)間;所得模型均記錄r2并同上代入驗(yàn)證資料組驗(yàn)證。

模型篩選時(shí)，決定系數(shù)r2越接近1且驗(yàn)證后MPPE與MAPE均＜15%的多元線性回歸方程視為達(dá)標(biāo)模型用Bland-Altman分析法評(píng)估驗(yàn)證資料組MPA AUC0-12 h

實(shí)測(cè)值與運(yùn)用回歸方程預(yù)測(cè)的MPA AUC0-12 h的一致性，并結(jié)合臨床實(shí)際情況選出最佳模型。

2結(jié)果

2.1患者的基本參數(shù)

24例成年AID患者進(jìn)入藥動(dòng)學(xué)研究時(shí)的基線特征包括人口統(tǒng)計(jì)學(xué)資料、血常規(guī)、血生化和免疫學(xué)的相關(guān)指標(biāo)，以及穩(wěn)態(tài)服藥后基本的藥動(dòng)學(xué)參數(shù)見表1，所有入組患者的病情都較穩(wěn)定，模型資料組與驗(yàn)證資料組患者的參數(shù)對(duì)比結(jié)果顯示，各項(xiàng)參數(shù)均無顯著性差異P＞0.05)。

2.2 MPA的血藥濃度-時(shí)間曲線

24例AID患者依從MMF 0.75 g，q12 h給藥方案連續(xù)服藥達(dá)穩(wěn)態(tài)后的藥-時(shí)曲線見圖1。MPA在血清中的峰濃度出現(xiàn)于口服藥物后的1～2 h，由于存在腸肝循環(huán)，大部分患者在服藥后6～12 h會(huì)出現(xiàn)第二個(gè)，甚至第三個(gè)MPA濃度峰，c0 h，cmax，tmax變異程度很大，AUC0-12 h的平均值為46.02 mg·h·L－1，變化范圍在10.28～148.00 mg·h·L－1之間。

2.3有限取樣模型

對(duì)模型資料組的9點(diǎn)血藥濃度及梯形法計(jì)算的實(shí)測(cè)MPA AUC0-12 h數(shù)據(jù)，采用多元線性回歸法分別擬合1～4個(gè)采血點(diǎn)估算MPA AUC0-12 h的數(shù)學(xué)模型，遴選出決定系數(shù)r2較高的不同采血點(diǎn)的模型(#1～12)，同時(shí)對(duì)考察峰谷濃度影響的模型(#13～14)以及受藥動(dòng)學(xué)特征影響的模型(#15～17)，均應(yīng)用驗(yàn)證資料組數(shù)據(jù)進(jìn)行外部驗(yàn)證，結(jié)果見表2。由表2數(shù)據(jù)可見，在簡(jiǎn)便的單點(diǎn)MPA濃度預(yù)測(cè)組(#1～3)中，只有服藥后12 h的谷濃度預(yù)測(cè)模型能夠達(dá)到預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)(MPPE與MAPE均＜15%)，其決定系數(shù)r2=0.957，MPPE及MAPE分別為－3.93與11.93;模型#4～12均可達(dá)到預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，但4個(gè)時(shí)間點(diǎn)的預(yù)測(cè)效果更接近實(shí)際計(jì)算結(jié)果，其中基于0.5，1.5，6，表1 24例服用MMF的成年AID患者的基線特征及基本藥動(dòng)學(xué)參數(shù)．n=24，x珋±s

Tab.1 Baseline characteristics and pharmacokinetic parameterof the 24 adult AID patients taking MMF．n=24，x珋±s

圖1 24例成年AID患者M(jìn)PA穩(wěn)態(tài)的血藥濃度-時(shí)間曲線Fig.1 Individual steady-state MPA concentrations after oral MMF for 24 adult AID patients

8 h或1.5，6，8，12 h的模型，決定系數(shù)r2均最高達(dá)到0.996，預(yù)測(cè)偏差在±15%的人數(shù)均最多(9/12)，但實(shí)際操作卻較單點(diǎn)法繁瑣;對(duì)于峰谷濃度監(jiān)測(cè)構(gòu)建的模型#13，在模型建立組以及驗(yàn)證組的表現(xiàn)均不理想(r2=0.859，MPPE及MAPE均＞15%)，引入12 h濃度點(diǎn)(#14)，效果大大改善，尤其在驗(yàn)證資料組，預(yù)測(cè)偏差在±15%的人數(shù)達(dá)到10人，但決定系數(shù)較模型#10等4點(diǎn)模型偏低;考慮到藥動(dòng)學(xué)特征的模型#16與#17呈現(xiàn)類似的結(jié)果。

2.4有限取樣方案評(píng)價(jià)

用Bland-Altman分析法評(píng)價(jià)簡(jiǎn)便的單點(diǎn)模型1與在兩組效果均較好的模型#10中AUC預(yù)測(cè)值和AUC實(shí)測(cè)值之間的一致性，結(jié)果見圖2，只有少數(shù)值超出95%一致性界限，在臨床上是可接受的誤差范圍。模型#10的平均誤差為－0.24，更接近于0，說明此模型預(yù)測(cè)值與AUC實(shí)測(cè)值之間的一致性更高。

3討論

器官移植患者M(jìn)PA AUC與藥效及不良反應(yīng)之間的關(guān)系研究國(guó)內(nèi)外均早有報(bào)道，目前普遍認(rèn)為通過LSS對(duì)MPA進(jìn)行治療藥物監(jiān)測(cè)控制AUC在30～60 mg·h·L－1，有助減少排異反應(yīng)、副作用和長(zhǎng)期過度免疫抑制情況的發(fā)生［8］。隨著MMF在AID患者的應(yīng)用日益廣泛，研究發(fā)現(xiàn)，MMF在AID患者群體的藥動(dòng)學(xué)個(gè)體差異極大，固定劑量給藥難以產(chǎn)生良好的治療效果，MPA的治療窗也不同于器官移植患者，如Filler課題組［9］發(fā)現(xiàn)對(duì)于兒童AID患者有效的MPA AUC值為(61.8±31)mg·h·L－1，Neu-mann課題組［10］推薦成年AID患者M(jìn)PA AUC值控制在40～75 mg·h·L－1，盡管對(duì)系統(tǒng)性紅斑狼瘡患者，有效的AUC治療閾值還未被驗(yàn)證，可以肯定的是，MPA AUC的監(jiān)測(cè)可以幫助AID患者改善臨床療效。國(guó)外已逐漸出現(xiàn)利用LSS建立監(jiān)測(cè)AID患者M(jìn)PA AUC的方法，有些研究還發(fā)現(xiàn)MPA AUC與服用MMF后12 h的MPA谷濃度相關(guān)性很高［11］，這也在本試驗(yàn)中得到進(jìn)一步證實(shí)，這一點(diǎn)不同于器官移植患者群體，究其原因可能因?yàn)槁?lián)合用藥不同:器官移植患者常聯(lián)合應(yīng)用3～4種免疫抑制劑，如服用MMF常聯(lián)合應(yīng)用神經(jīng)鈣蛋白抑制劑如

表2預(yù)測(cè)MPA AUC0-12 h的有限取樣模型

Tab.2 Limited sampling models for MPA AUC0-12 h prediction

圖2 Bland-Altman分析法評(píng)價(jià)AUC實(shí)測(cè)值與模型#1或模型#10預(yù)測(cè)的AUC間的一致性

Fig.2 Bland-Altman plot for agreement between calculated 9-time MPA AUC0-12 h and model#1 or model#10-estimated MPA AUC

環(huán)孢素或他克莫司，環(huán)孢素可抑制肝腸循環(huán)，并增加MPA的清除率［12］，有研究甚至發(fā)現(xiàn)聯(lián)合應(yīng)用環(huán)孢素的比聯(lián)合應(yīng)用他克莫司的器官移植受者群體其MPA AUC與c12 h的相關(guān)性差［13］。而AID患者一般僅使用1～2種免疫抑制劑，本試驗(yàn)研究對(duì)象聯(lián)合應(yīng)用甲潑尼龍免疫抑制治療。

治療藥物監(jiān)測(cè)常取用服藥前谷濃度作為實(shí)際檢測(cè)指標(biāo)，本試驗(yàn)卻發(fā)現(xiàn)MPA AUC與c0 h的相關(guān)性并不佳(r2=0.383)，結(jié)合峰谷濃度的模型#13，預(yù)測(cè)效果也不達(dá)標(biāo)，回顧研究發(fā)現(xiàn)，本藥動(dòng)學(xué)研究當(dāng)日規(guī)定患者晨起服藥后2 h再進(jìn)餐，后續(xù)服用標(biāo)準(zhǔn)餐，但c0 h相當(dāng)于前次夜晚給藥的12 h濃度，而前次夜晚給藥的飲食未受到控制，有些患者甚至晚餐時(shí)服藥，由于食物對(duì)MMF吸收、分布、代謝具有不可忽視的影響［14］，造成本次藥動(dòng)學(xué)研究的c并不是真正的谷濃度，可以提供證明的數(shù)據(jù)是我們的研究對(duì)象中有不少患者的c0 h大于c12 h。

本次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的AID群體中MPA AUC與c12 h的強(qiáng)相關(guān)性提示MMF的治療藥物監(jiān)測(cè)可以只簡(jiǎn)單監(jiān)測(cè)MPA c12 h，進(jìn)一步的LSS研究發(fā)現(xiàn)，模型MPAAUC0-12 h=10.82+13.37c12 h

經(jīng)外部驗(yàn)證準(zhǔn)確性與精密度均可接受，Bland-Altman分析也顯示了MPA AUC預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值之間的良好一致性，結(jié)合臨床實(shí)際情況，此模型可按如下流程應(yīng)用于門診患者:醫(yī)護(hù)人員在血藥濃度監(jiān)測(cè)前天應(yīng)向患者進(jìn)行用藥教育，囑其夜間按時(shí)服藥，服藥時(shí)間與進(jìn)餐時(shí)間隔開2 h，且飲食盡量清淡，12 h后即第二天清晨空腹準(zhǔn)時(shí)去醫(yī)院抽血監(jiān)測(cè)MPA的c12 h，即可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)MPA AUC。為了追求更精確的預(yù)測(cè)結(jié)果，LSS研究發(fā)現(xiàn)，2～4個(gè)點(diǎn)的優(yōu)化模型均納入了服藥后6 h或6 h以后的采血點(diǎn)濃度，進(jìn)一步證實(shí)了肝腸循環(huán)階段的MPA濃度對(duì)AUC的影響較大，4點(diǎn)模型#10和#11的r2最高，且在驗(yàn)證資料組PE%落在±15%的人數(shù)亦較多，由于采樣點(diǎn)相對(duì)較多，更適用于住院患者晨起服藥后準(zhǔn)時(shí)采樣，鑒于模型#11中最后一個(gè)采樣點(diǎn)在服藥后的12 h，夜晚采樣會(huì)影響到患者休息(模型#14～17雖預(yù)測(cè)效果較佳，也存在相似的問題)，在臨床實(shí)際應(yīng)用中推薦模型#10，即MPAAUC0-12 h=3.19+0.49c0.5 h+1.76c1.5 h+2.95c6 h+5.46c8 h。表2中預(yù)測(cè)效果達(dá)標(biāo)的其他模型，也可根據(jù)患者的特殊情況靈活選用。

總之，接受MMF治療的AID患者群體中，MPA AUC的監(jiān)測(cè)有助于指導(dǎo)MMF的個(gè)體化給藥。在國(guó)內(nèi)，MMF治療AID的個(gè)體化給藥多憑經(jīng)驗(yàn)，缺乏相應(yīng)的科學(xué)依據(jù)，為改善AID患者服用MMF的治療效果，本試驗(yàn)采用多元線性回歸法首次對(duì)聯(lián)合應(yīng)用糖皮質(zhì)激素的中國(guó)成年AID患者提供了預(yù)測(cè)MPA AUC的有限取樣模型，并對(duì)模型進(jìn)行了外部驗(yàn)證與Bland-Altman分析法評(píng)估，結(jié)合臨床實(shí)際情況選擇的模型便于操作，為使用MMF+甲潑尼龍二聯(lián)方案的中國(guó)成年AID患者的個(gè)體化給藥提供了有力工具。

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第3篇：量子計(jì)算的意義范文

[關(guān)鍵詞] 血液回收；控制性降壓；異體輸血；脊柱；外科；腦組織氧合；乳酸代謝

[中圖分類號(hào)] R331.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1674-0742（2015）05（c）-0005-03

[Abstract] Objective To investigate the value of autologous blood recovery combined with controlled hypotension technology in reducing allogeneic blood transfusion， and analyze its effect on brain tissue oxygenation and lactic acid metabolism in patients with spinal surgery. Methods 80 cases with spinal surgery admitted from January 2013 to December 2014 were randomly and equally divided into two groups， the observation group and the control group. The observation group were given autologous blood recovery combined with controlled hypotension， while the control group were given conventional autologous blood recovery. The intake and output of the two groups in peri-operation were compared. The hemoglobin （Hb）， cerebral oxygen consumption level [C（a-jv）O2]， cerebral oxygen extraction rate（CERO2）， arteriovenous blood lactic acid content （ADVL） before operation， immediately after and 24h after operation were counted and calculated and compared. The mean arterial pressure （MAP） after stable was also compared. Results The volume of blood loss， drainage and urine during operation between the groups showed no significant difference （P>0.05）， but the volume of allogeneic blood transfusion in the observation group was significantly less than that in the control group （P0.05）， but immediately after operation and 24h after operation， Hb in the observation group was significantly higher than that in the control group（P0.05）. But the CERO2 immediately after operation and 24h after operation in the observation group was significantly lower than that in the control group（P

[Key words] Blood recovery； Controlled hypotension； Allogeneic transfusion； Spine； Surgery； Brain tissue oxygenation； Lactic acid metabolism

脊柱外科手術(shù)多為大型手術(shù)，手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)、創(chuàng)傷大，且術(shù)中出血量極大，為保證安全，必須行有效的術(shù)中及術(shù)后補(bǔ)血[1]。但異體輸血可能導(dǎo)致溶血、異體免疫等并發(fā)癥，且可能存在血源不足的問題，故目前有研究推薦應(yīng)用自體血液回收[2]，且指出聯(lián)合應(yīng)用控制性降壓能夠更顯著地減少異體輸血量[3]。然而控制性降壓為非生理狀態(tài)，有可能導(dǎo)致重要臟器缺血，造成其它嚴(yán)重并發(fā)癥。為驗(yàn)證兩種異體輸血方法聯(lián)用的安全性，該研究以腦組織氧合和乳酸代謝為例，進(jìn)行對(duì)比分析，報(bào)道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

納入符合上述要求患者80例，行隨機(jī)數(shù)字表法均分為兩組。觀察組40例，男女比例13：7，年齡33～71歲，平均（53.2±7.1）歲；對(duì)照組男女比例14：6，年齡36～73歲，平均（53.7±7.6）歲。

1.2 方法

患者均行脊柱后路減壓植骨內(nèi)固定術(shù)治療，行氣管插管全麻，手術(shù)方案基本一致。對(duì)照組予常規(guī)自體血液回收；觀察組聯(lián)合應(yīng)用自體血液回收及控制性降壓技術(shù)。

1.2.1 控制性降壓術(shù)中予硝酸甘油（國(guó)藥準(zhǔn)字H20057880，1 mL：5 mg）持續(xù)靜脈泵入，速度0.5～5 μg/（kg?min），使MAP逐漸、緩慢降低至基礎(chǔ)值的70%，期間根據(jù)生命體征調(diào)整給要速度，至主要操作結(jié)束后，立即停止給藥。

1.2.2 自體血液回收血液回收機(jī)為國(guó)產(chǎn)自體-2000型，創(chuàng)口血液經(jīng)管道通過濾網(wǎng)存儲(chǔ)至儲(chǔ)血器，管道配套連接抗凝藥滴管，持續(xù)提供肝素生理鹽水（2 500 U肝素：500 mL生理鹽水）。肝素生理鹽水與血液混合比例1：5。行清洗式血液回收，洗出后血液即刻回輸，儀器參數(shù)均為出廠設(shè)置。

1.3 納入標(biāo)準(zhǔn)

ASA Ⅰ～Ⅱ級(jí)，脊柱骨折，行外科手術(shù)治療者；術(shù)前實(shí)驗(yàn)室檢查指標(biāo)正常；未合并嚴(yán)重器質(zhì)性疾病、血液系統(tǒng)疾病、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病、心血管疾病等，符合手術(shù)指征；術(shù)中失血超過500 mL；知情同意；入院時(shí)間在2013年1月―2014年12月間。該研究已獲得院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.4 統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目

①分別于術(shù)前、術(shù)后即刻、術(shù)后24 h行頸靜脈逆行穿刺、采集血液標(biāo)本行血?dú)夥治?，檢測(cè)統(tǒng)計(jì)對(duì)象頸靜脈血氧分壓、頸靜脈血氧飽和度、頸靜脈球血乳酸含量；動(dòng)脈穿刺，檢測(cè)統(tǒng)計(jì)對(duì)象動(dòng)脈血氧分壓、動(dòng)脈血氧飽和度、動(dòng)脈血乳酸含量。參考Fick公式計(jì)算上述時(shí)刻腦動(dòng)脈血氧含量、頸靜脈球血氧含量、腦氧耗[C（a-jv）O2]、腦氧攝取率（CERO2）、動(dòng)靜脈血樣乳酸含量差（ADVL）；②統(tǒng)計(jì)圍術(shù)期出入量，包括失血量、引流量、異體輸血量、尿量；③統(tǒng)計(jì)術(shù)前、術(shù)后即刻、術(shù)后24 h血紅蛋白（Hb）水平；④統(tǒng)計(jì)術(shù)中持續(xù)性降壓穩(wěn)定時(shí)平均動(dòng)脈壓；⑤統(tǒng)計(jì)圍術(shù)期不良反應(yīng)。

1.5 統(tǒng)計(jì)方法

應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件處理數(shù)據(jù)，計(jì)量資料按均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）表示，行t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 圍術(shù)期出入量對(duì)比

觀察組手術(shù)時(shí)間（4.0±0.8）h對(duì)比對(duì)照組（4.0±0.6）h，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。兩組圍術(shù)期除異體輸血量外，其它統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見表1。

2.2 腦組織氧合和乳酸代謝對(duì)比

兩組C（a-jv）O2、ADVL在各時(shí)間點(diǎn)對(duì)比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），但觀察組術(shù)后即刻、術(shù)后24 h CERO2均明顯低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P

2.3 圍術(shù)期Hb及MAP變化對(duì)比

觀察組術(shù)后即刻及術(shù)后24 h Hb明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P

2.4 圍術(shù)期不良反應(yīng)對(duì)比

觀察組圍術(shù)期未出現(xiàn)不良反應(yīng)，術(shù)后無嚴(yán)重并發(fā)癥；對(duì)照組數(shù)學(xué)期間出現(xiàn)過敏性發(fā)熱1例、蕁麻疹1例，對(duì)癥處理后均好轉(zhuǎn)，術(shù)后亦無嚴(yán)重并發(fā)癥。

3 討論

相較異體輸血，自體血液回收有顯著優(yōu)勢(shì)，如可避免血源短缺、免疫相關(guān)并發(fā)癥等，故已得到全面普及，但實(shí)踐表明，即便行自體輸血，患者圍術(shù)期可能還需要補(bǔ)充異體血，這可能與集體應(yīng)激、創(chuàng)傷等因素有關(guān)[4]，并提示還需通過其他策略進(jìn)一步減少異體血輸注量。研究結(jié)果顯示，觀察組手術(shù)時(shí)間（4.0±0.8）h對(duì)比對(duì)照組（4.0±0.6）h，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。兩組圍術(shù)期除異體輸血量外，其它統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。該例對(duì)照組僅行自體血液回收，圍術(shù)期消耗異體血（2.5±0.6）U，而觀察組在此基礎(chǔ)上聯(lián)合行控制性降壓技術(shù)，異體血消耗量下降至（0.6±0.2）U，可見控制性降壓有助于進(jìn)一步減少異體輸血量。

然而控制性降壓狀態(tài)下，機(jī)體血流灌注異常下降，可能影響重要臟器新陳代謝，考慮到腦組織在人體內(nèi)新城代謝率最高、對(duì)缺氧較為敏感[5]，該研究認(rèn)為分析患者腦組織氧合和乳酸代謝可能有助于評(píng)價(jià)自體血液回收聯(lián)合控制性降壓對(duì)機(jī)體缺氧、缺血的影響，結(jié)果則顯示觀察組腦組織氧儲(chǔ)備良好，乳酸代謝亦無明顯變化。此結(jié)果較為合理，主要是因?yàn)楸狙芯恳灶i靜脈球血?dú)鈪?shù)、Fick公式計(jì)算腦組織氧合及乳酸代謝，而頸內(nèi)靜脈球部血不包含頸外靜脈血，多來自大腦半球。

兩組C（a-jv）O2、ADVL在各時(shí)間點(diǎn)對(duì)比，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），但觀察組術(shù)后即刻、術(shù)后24 h CERO2均明顯低于對(duì)照組，此差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P

CERO2則與Hb差異無關(guān)，此指標(biāo)僅與有氧代謝及腦血流量有關(guān)，因此能更清楚地反映患者腦氧代謝情況。觀察組在術(shù)后即刻及術(shù)后24 h該指標(biāo)更低，這說明觀察組減少異體輸血的策略能夠減少腦神經(jīng)細(xì)胞從動(dòng)脈血氧中攝取氧，從而改善微循環(huán)，增加腦組織氧供，查本俊等人的亦得出了相似的結(jié)論[8]。對(duì)照組此指標(biāo)術(shù)后上升，則表明腦氧代謝高，可能出現(xiàn)腦缺氧問題。本例術(shù)中及術(shù)后未出現(xiàn)明顯并發(fā)癥，則提示只要掌握輸血指征，保證紅細(xì)胞水平，無論是何種輸血方案，均有較高的安全性，這與其他研究結(jié)果類似[9-10]。

ADVL則反應(yīng)無氧代謝程度，該指標(biāo)越高，無氧代謝率越高。本研究結(jié)果指出兩種輸血方案下，患者ADVL并無明顯差異，說明聯(lián)合應(yīng)用控制性降壓及自體血液回收，并不會(huì)導(dǎo)致腦組織無氧代謝增加。

由上述3指標(biāo)的變化，能夠看出兩種減少異體輸血量的策略聯(lián)用，不僅能夠協(xié)同降低異體輸血量，還不會(huì)嚴(yán)重影響腦氧供需平衡。為明確兩種策略對(duì)機(jī)體循環(huán)的影響，本研究還直接檢測(cè)了患者的Hb及MAP變化，研究結(jié)果顯示，觀察組術(shù)后即刻及術(shù)后24 h Hb明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P

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第4篇：量子計(jì)算的意義范文

注意教材書（文獻(xiàn)［9］）已有"輻射場(chǎng)"及"能量場(chǎng)"的物理學(xué)概念。但囿于理論局限，使得教材書對(duì)這種場(chǎng)的描述是靜止的（機(jī)械的）、孤立的（與物質(zhì)世界無必然聯(lián)系的）、無源的（原因不清），因而也是抽象的（沒有物理意義的）。

上已證明，原子中能量量子化的根源是原子核，量子化是原子核自身性質(zhì)。值得物理學(xué)注意的是，原子核這種性質(zhì)并不孤立存在，它同時(shí)還嚴(yán)格地規(guī)定著所有外部世界。因而使得電子、原子、分子、物體、天體、宇宙都只能有唯一穩(wěn)態(tài)位置和結(jié)構(gòu)。這就是大自然最基本的內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律。也就是普適方程即（20）式所揭示的規(guī)律。

那末，具體規(guī)律是什么呢？請(qǐng)看：

4.2 輻射能場(chǎng)（存在）定理

研究表明，輻射能場(chǎng)準(zhǔn)確存在可用定理表述。

〖輻射能場(chǎng)定理〗:任何粒子（含場(chǎng)粒子及天體，無例外，下同）在其周圍都形成（存在）一種輻射能場(chǎng)，這種輻射能場(chǎng)可用普朗克常數(shù) ? 和量子數(shù) n＝0,1,2,3… 準(zhǔn)確具體描述。在微觀輻射能場(chǎng)表現(xiàn)為量子化，在宏觀則表現(xiàn)為大量粒子的簡(jiǎn)并統(tǒng)計(jì)結(jié)果。

4.3 輻射能場(chǎng)實(shí)質(zhì)

輻射能場(chǎng)實(shí)質(zhì)系以粒子為中心，向周圍空間拋射場(chǎng)粒子流（這里主旨中性場(chǎng)粒子流，對(duì)于電磁場(chǎng)當(dāng)有別論），這種場(chǎng)粒子流經(jīng)電子集約化就成了光子。研究也表明，任何光子包括 X 射線都準(zhǔn)確如此。參見（15）式，據(jù)此不難描述任何光子的自身結(jié)構(gòu)。并且可以證明任何光子的靜止（如可能）質(zhì)量均不為零。認(rèn)為光子靜止質(zhì)量為零，還是量子力學(xué)根據(jù)"相對(duì)論"瞎子摸象猜測(cè)結(jié)果。

這已表明光子的真實(shí)粒子性。并可準(zhǔn)確具體證明，所謂波動(dòng)性實(shí)際上是普朗克常數(shù)與量子數(shù)相互作用的一種客觀表象，任何光子都不存在任何物理意義上的波動(dòng)屬性。

4.4 輻射能場(chǎng)形象

研究表明，輻射能場(chǎng)形象與點(diǎn)光源的光通量完全一致。對(duì)于原子核，其輻射能場(chǎng)可用圖（3）準(zhǔn)確表示：

圖中箭頭方向表示輻射能流方向，其線密度表示能流密度，n為量子數(shù)。

4.5 輻射能場(chǎng)性質(zhì)

研究表明，輻射能場(chǎng)實(shí)質(zhì)系以光速拋射場(chǎng)粒子流（粒子上限為中微子），故，輻射能場(chǎng)具有排它性。原子核的輻射能場(chǎng)首先排斥核外所有電子，任何電子也因此未能落到核上，這是事實(shí)。所以，電子未能落到核上量子力學(xué)的任何解釋都只能是自欺欺人的胡言亂語(yǔ)！也所以，玻爾對(duì)電子的擔(dān)心完全多余。

需要指出，輻射能場(chǎng)這種排斥作用，通常主要表現(xiàn)為能量形式。相形之下排斥力效應(yīng)很小，一般可忽略。這與太陽(yáng)光輻射的能量效應(yīng)十分明顯，而太陽(yáng)光的壓力效應(yīng)十分微小，完全相似。不過在研究宇宙膨脹時(shí)，完全不可忽略天體輻射的斥力效應(yīng)。就是說，"宇宙斥力"存在。然，囿于歷史和理論局限，愛因斯坦在提出宇宙斥力概念后，又不得不自我否定。

4.6 原子核輻射能場(chǎng)數(shù)學(xué)表達(dá)式

大量研究表明，原子核（質(zhì)子）的輻射能場(chǎng)數(shù)學(xué)表達(dá)式準(zhǔn)確為：

E ＝ n2·h2 ／ 2mP·r2 ―――――――― (21)

式中 h 為普朗克常數(shù)，n為量子數(shù)，mP為質(zhì)子質(zhì)量，距離為r＝0∞，需指出，輻射能場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng) E 具有能量量綱（這是因?yàn)槭褂靡蜃?h 結(jié)果），其數(shù)值則為 r處單位面積上的能量。

注意：該式與（64）式有必然聯(lián)系，但物理意義微妙不同，且具有豐富物理內(nèi)容（略）。

研究還表明，由此電子所得到的原子核輻射能場(chǎng)能量準(zhǔn)確地為：

E ＝ n2·?2 ／ 2me·r2 ――――――― (22)

注意：這也就是玻爾量子化條件。

式中 me 為電子質(zhì)量，不難看出普朗克常數(shù) h＝2π? 緊密地聯(lián)系著質(zhì)子和電子。

已很明顯，量子力學(xué)與玻爾相比，玻爾正確，量子力學(xué)謬誤！

并且由（21）、（22）式不難看出，當(dāng)量子數(shù) n＝0時(shí)，E＝0。需指出，這是物質(zhì)結(jié)構(gòu)非常狀態(tài)。參見圖（3），在 n＝0 時(shí)，原子核沒有了輻射能場(chǎng)，原子核不再有排斥電子的能力。于是，電子必然落到核上。研究表明，這就是宇宙到達(dá)最低溫度--宇宙奇點(diǎn)的情況。于是，原子中發(fā)生比核反應(yīng)還強(qiáng)烈的變化，結(jié)果原子爆炸--物質(zhì)爆炸--宇宙爆炸！這就是宇宙爆炸原因，由此也不難了解宇宙過去。

可悲的是，量子力學(xué)竟將量子數(shù) n＝0 也定義為原子的一種穩(wěn)定狀態(tài)?？筛韬簦靠善?？災(zāi)難，罪過！阿們--

4.7 輻射能場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

4.7.1 太陽(yáng)的輻射本領(lǐng)已足夠大

目前世界公認(rèn)太陽(yáng)發(fā)射本領(lǐng)（文獻(xiàn)[2]）為3.8×1033（爾格/秒），這相當(dāng)于太陽(yáng)每秒拋射出質(zhì)量為 m＝4.2×109(千克) 物質(zhì)。但如上可知，太陽(yáng)實(shí)際發(fā)射本領(lǐng)遠(yuǎn)大于此。因?yàn)樘?yáng)光僅是輻射能流的一部分，這種能流粒子上限為中微子。

4.7.2 宇宙正在膨脹

宇宙正在膨脹，表明"宇宙斥力"存在，這是宇宙中心輻射能場(chǎng)性質(zhì)。宇宙正在膨脹恰系宇宙中心輻射能場(chǎng)的客觀真實(shí)寫照（或曰照片）。

4.7.3 "太陽(yáng)風(fēng)"的存在

文獻(xiàn) ［10］介紹的"太陽(yáng)風(fēng)"正是本文定義的太陽(yáng)輻射能場(chǎng)，太陽(yáng)風(fēng)就是太陽(yáng)輻射能場(chǎng)的客觀真實(shí)寫照。該文獻(xiàn)給出了對(duì)太陽(yáng)風(fēng)考察的衛(wèi)星實(shí)際探測(cè)結(jié)果（文獻(xiàn)圖示略）。這可謂太陽(yáng)輻射能場(chǎng)的真實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

4.7.4 第四個(gè)驗(yàn)證是，任何原子中任何電子均未能落到核上，這是事實(shí)

不僅如此，人為方法：高能陰極射線、X射線或高能加速器也很難將電子打到原子核上。這絕非因碰撞截面太小，總會(huì)有幾率。實(shí)際上正是由于原子核具有排它性的輻射能場(chǎng)排斥效應(yīng)所致。由（22）式可見，電子得到的原子核排斥能與距離平方成反比例。在核半徑處排斥能十分巨大，以致可忽略靜電引力能。簡(jiǎn)單計(jì)算表明，電子必須具有200倍C(光速)才可能到達(dá)核半徑處。也因此，玻爾對(duì)電子的擔(dān)心完全多余！

需要指出，對(duì)此類問題，量子力學(xué)仍會(huì)故伎重演--狡辯。但經(jīng)如上及以下分析論證，量子力學(xué)純系主觀臆造，對(duì)物理學(xué)實(shí)質(zhì)問題全然無知，已經(jīng)使得量子力學(xué)的狡辯不再有任何效力。

4.7.5 第五個(gè)驗(yàn)證是人們熟悉的，然而又不熟悉的，這就是氣體壓力

量子力學(xué)會(huì)立即反駁說："氣體壓力來自分子熱運(yùn)動(dòng)和碰撞" （文獻(xiàn)[8]）。需指出，這種解釋充其量只能算作表面化非本質(zhì)解釋，作為哲學(xué)或市民語(yǔ)言尚可，但不能作為物理學(xué)家語(yǔ)言。在嚴(yán)格物理意義上說這種解釋是自欺欺人的。這種解釋實(shí)際上并不清楚分子熱運(yùn)動(dòng)的實(shí)質(zhì)和根源，更不知溫度對(duì)單個(gè)分子的意義是什么。量子力學(xué)（文獻(xiàn) [8]）以公開宣稱："對(duì)單個(gè)分子溫度沒有任何意義"。

這是因?yàn)榱孔恿W(xué)有一劑靈丹妙藥--波函數(shù)Ψ --量子力學(xué)家主觀意識(shí)，就可以包治百病。溫度與這靈丹妙藥無任何聯(lián)系，在靈丹妙藥中沒任何位置，所以溫度沒有用處。也所以量子力學(xué)結(jié)論：對(duì)于單個(gè)分子，溫度沒有意義。

但是，只要神經(jīng)不錯(cuò)亂，人人都懂得，既然宏觀溫度是大量分子集體貢獻(xiàn)，怎么能說單個(gè)分子沒有貢獻(xiàn)？單個(gè)分子又怎能擺脫溫度環(huán)境？這與人對(duì)社會(huì)貢獻(xiàn)完全一致，能說個(gè)人對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)沒有意義嗎？！

大量研究已經(jīng)表明，溫度概念同樣也有極為豐富的物理內(nèi)容。溫度問題同樣也貫穿全部物理世界全部?jī)?nèi)容。并對(duì)此可做如下結(jié)論：

普朗克常數(shù) h＝2π? 與量子數(shù) n＝0,1,2,3…好比一對(duì)孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部?jī)?nèi)容，并且，宏觀溫度 T 就是量子數(shù) n＝0,1,2,3… 的照片。

注意，此結(jié)論在確切物理意義上正確。

研究還表明：分子熱運(yùn)動(dòng)及分子間斥力的實(shí)際根源正在于原子（核）間排斥能場(chǎng)相互作用的結(jié)果。并可得以下具體結(jié)果：

PV＝∑Ei ―――――――――――――――― (23)

式中PV為氣體壓力勢(shì)能，Ei為單個(gè)氣體分子的輻射能場(chǎng)能量（推導(dǎo)略）。這種嚴(yán)格關(guān)系唯一證明分子（原子）輻射能場(chǎng)客觀存在。此時(shí)并唯有此時(shí)輻射能場(chǎng)的排斥力效應(yīng)也十分明顯，這就是氣體壓力。

第五章大自然內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律二

5.1 大自然內(nèi)在本質(zhì)規(guī)律之二--潛動(dòng)能客觀存在

研究還表明，這種規(guī)律正確存在也可用定理表述：

5.2 潛動(dòng)能定理

〖潛動(dòng)能定理〗：任何質(zhì)量為 m 的物體（含場(chǎng)粒子及天體）當(dāng)以速度 V 運(yùn)動(dòng)時(shí)，必有潛動(dòng)能存在。若以符號(hào) T2 表示則為：

T2 ＝（1/2） mV2 ――――――――――― （24）

可見，潛動(dòng)能在數(shù)值上與物體經(jīng)典動(dòng)能（機(jī)械動(dòng)能）相等。現(xiàn)將經(jīng)典動(dòng)能定義為顯動(dòng)能，并以符號(hào) T1 表示之：

T1＝ T2 ＝（1/2） mV2 ―――――――― （25）

那么，可以定義物體運(yùn)動(dòng)全動(dòng)能，以符號(hào) Tm 表示則為：

Tm ＝ T1＋T2 ＝ mV2 ――――――――― （26）

如果，質(zhì)量 m 以光速 C 運(yùn)動(dòng)，其全動(dòng)能必為：

Tm＝ mC2 ＝ E ――――――――――― （27）

看！這就是遐邇聞名的愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系。這已表明，愛因斯坦質(zhì)能關(guān)系只不過是物體（粒子）運(yùn)動(dòng)全動(dòng)能之特例！然而，不僅愛因斯坦本人，而且后人至今都不清楚質(zhì)能關(guān)系的物理意義。可（27）式中 E＝mC2 的物理意義是再清楚不過了！

5.3 潛動(dòng)能的物理意義

研究表明，潛動(dòng)能普遍客觀存在，實(shí)際上它是物體（粒子）運(yùn)動(dòng)時(shí)的伴隨能量。由于潛在性，低速時(shí)或直觀上人們難以發(fā)覺。只有在高速時(shí)才明顯表現(xiàn)出來，所以人們至今尚不知曉。

研究表明，潛動(dòng)能實(shí)質(zhì)也是一種輻射能場(chǎng)，這種場(chǎng)粒子上限亦為中微子，對(duì)中微子目前尚不能檢測(cè)，這也是人們尚未發(fā)現(xiàn)潛動(dòng)能的直接原因。

需指出，溫度為 T 的物體當(dāng)以速度 V 運(yùn)動(dòng)時(shí)，同時(shí)存在輻射能場(chǎng)及潛動(dòng)能能場(chǎng)，兩種能場(chǎng)分別可測(cè)并須分別描述。但是，以下將完全證明原子核的輻射能場(chǎng)實(shí)際上就是原子核自旋潛動(dòng)能。由此也證明潛動(dòng)能普遍客觀存在。

也所以潛動(dòng)能的能量效應(yīng)較其壓力（即動(dòng)量）效應(yīng)明顯，尤其當(dāng)速度V＜＜C 時(shí)，人們無法觀測(cè)到這種動(dòng)量效應(yīng)。然而當(dāng)物體速度接近光速（VC）時(shí)，潛動(dòng)能的能量效應(yīng)與動(dòng)量效應(yīng)均不可忽略。這時(shí)潛動(dòng)能的能量效應(yīng)形成愛因斯坦的質(zhì)能關(guān)系事實(shí)；而其動(dòng)量效應(yīng)則形成"物質(zhì)波"的事實(shí)。這就是"物質(zhì)波"的本來面目和真實(shí)內(nèi)容。

5.4 潛動(dòng)能的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

5.4.1 回旋加速器的驗(yàn)證

文獻(xiàn) [10] 介紹："電子在回旋加速器中，任何瞬間，軌道平均磁場(chǎng)的增量必須是軌道上磁場(chǎng)增量的 2 倍"。即：

dBave ＝2dB ―――――――――――――- （28）

這無疑表明本文如上全動(dòng)能成立，亦即表明潛動(dòng)能客觀存在。

5.4.2 電子在加速器中同步輻射光

電子在加速器中同步輻射光能正是電子運(yùn)動(dòng)的潛動(dòng)能，并且，電子同步輻射光的波長(zhǎng) λ為：

λ ＝ h·c／E ―――――――――――――― （29）

注意：式中能量 E 是電子同步輻射光能量，也就是電子的潛動(dòng)能。

5.4.3 地球的潛動(dòng)能

地球有潛動(dòng)能？從沒聽說過！有人說。

不錯(cuò)，但經(jīng)本文由普適方程已經(jīng)計(jì)算出地球確有潛動(dòng)能：月球的存在給出完全的證明。因?yàn)楸疚膶?duì)月球的計(jì)算表明，普適方程不僅適用于太陽(yáng)系，而且適于地（球）--月（球）結(jié)構(gòu)。并且，對(duì)月球的計(jì)算，得出兩個(gè)重要結(jié)果：①由普適方程計(jì)算月球繞地（球）軌道半徑與天文觀測(cè)（文獻(xiàn)［2］）的誤差小于1％； ②由普適方程計(jì)算得出--月球是顆裸星。這已是個(gè)奇跡，目前為止任何理論都辦不到！

這種結(jié)果無疑表明：

第一，地球所得到的太陽(yáng)輻射能剛好等于地球軌道動(dòng)能，也剛好等于地球的潛動(dòng)能。于是，地球能量處于一種動(dòng)平衡中。這表明，月球繞地（球）軌道受地球潛動(dòng)能嚴(yán)格支配，亦即受地球軌道動(dòng)能嚴(yán)格支配，亦即受太陽(yáng)能量嚴(yán)格支配。不僅如此，太陽(yáng)以此嚴(yán)格支配著系內(nèi)所有天體（無例外）的運(yùn)行（位置、動(dòng)能、尺寸、質(zhì)量以及軌道曲線性質(zhì)）。

第二，地球運(yùn)動(dòng)潛動(dòng)能客觀存在，在數(shù)值上準(zhǔn)確等于地球軌道運(yùn)行動(dòng)能。故〖潛動(dòng)能定理〗成立！

第三，"物質(zhì)波"就是本文所定義的"潛動(dòng)能"。

第四，普適方程無條件成立！

5.4.4 X射線韌致輻射

周知，X射線韌致輻射最短波長(zhǎng) λmin 為：

λmin ＝ h·c／E －――――――――――― （30）

式中 E 為外加能量，在數(shù)值上等于電子顯動(dòng)能，也等于潛動(dòng)能。需要指出的是，電子只能放出潛動(dòng)能形成所謂的"波長(zhǎng)"：λ。而電子的顯動(dòng)能與宏觀物體的機(jī)械動(dòng)能一樣：只能直接作機(jī)械功，不能直接成為輻射能。量子力學(xué)對(duì)此問題"心不在肝"！

所以，（30）式的真實(shí)物理內(nèi)容是：電子放出潛動(dòng)能形成所謂波長(zhǎng)：λ，這證明潛動(dòng)能客觀存在?？墒牵孔恿W(xué)，還有德布羅意，把這稱為"物質(zhì)波"！

還要注意：由（30）式可見，韌致輻射最短波長(zhǎng) λmin 連續(xù)可變，這已完全表明電子能量連續(xù)可變。再一次證明"量子化"并非電子自身固有屬性。

第六章物質(zhì)波及其實(shí)質(zhì)

6.1 究竟物質(zhì)波是什么

談物質(zhì)波問題，恰進(jìn)入量子力學(xué)權(quán)威領(lǐng)地。作為權(quán)威，理應(yīng)對(duì)此做出科學(xué)合理解釋。遺憾的是雖經(jīng)近百年發(fā)展量子力學(xué)仍滿足于對(duì)物理現(xiàn)象作似是而非的猜測(cè)，量子力學(xué)的"波函數(shù)"概念正是對(duì)"物質(zhì)波"現(xiàn)象的猜測(cè)，并強(qiáng)加給電子。

下面考察物質(zhì)波。

德布羅意"物質(zhì)波波長(zhǎng)"表達(dá)式為：

λ ＝ h／p ―――――――――――――――― （31）

該式表示什么物理意義呢？

認(rèn)真研究表明：雖然 λ 具有長(zhǎng)度量綱，但并不表征任何長(zhǎng)度物理量，只能表征粒子動(dòng)量p 的反比量度。之所以具有長(zhǎng)度量綱，是因?yàn)閯?dòng)量 p 反比量度的單位取 h 的結(jié)果。除此之外（31）式不再有其他物理意義，或?qū)⑵渥兓缦拢?/p>

λ＝h／p＝hv／pv＝hv／mv2＝hv／Em ――― （32）

式中 Em＝Tm 為前文定義的粒子運(yùn)動(dòng)"全動(dòng)能"，這表明 λ 亦可表征粒子運(yùn)動(dòng)全動(dòng)能的反比量度，或者說是對(duì)潛動(dòng)能的一種量度。所以可結(jié)論：

6.2 物質(zhì)波實(shí)質(zhì)

第一，"物質(zhì)波"波長(zhǎng)只能表征粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)量效應(yīng)或者潛動(dòng)能，實(shí)質(zhì)是潛動(dòng)能的反比量度。除此之外（32）、（31）式不再有其它意義。

第二，"物質(zhì)波波長(zhǎng)"絕不表示粒子有任何物理意義上的"波動(dòng)"性質(zhì)！

第三，那又為何將 λ 定義為"波長(zhǎng)"呢？研究表明，這還是在于量子力學(xué)的特長(zhǎng)--富于猜想的結(jié)果：看到粒子（光子或電子）的干涉和衍射現(xiàn)象，聯(lián)想宏觀波動(dòng)（水面波動(dòng)）的干涉，于是猜想微觀粒子（光子和電子）有一種說不清的波動(dòng)性質(zhì)。由此便將 λ 定義為"波長(zhǎng)"。殊不知，宏觀波動(dòng)（水面波動(dòng)）的干涉與微觀粒子的干涉是完全不同的兩回事。研究表明，水面波動(dòng)確系水面物質(zhì)波動(dòng)。而粒子（光子和電子）的干涉和衍射卻完全是由普朗克常數(shù) ? 與量子數(shù) n (一對(duì)孿生兄弟) 共同（技術(shù)）表演的結(jié)果。并可嚴(yán)格準(zhǔn)確具體證明:粒子（光子或電子）的干涉條件中的自然數(shù) n＝0,1,2,3… 恰為量子數(shù) n＝0,1,2,3…（略）。這是因?yàn)榱Ｗ拥母缮婧脱苌洮F(xiàn)象是粒子與（量子化了的）物質(zhì)場(chǎng)（輻射能場(chǎng)）相互作用的必然結(jié)果。

并且在本文已到達(dá)的深度--準(zhǔn)確描述場(chǎng)粒子自身結(jié)構(gòu)深度上說，仍未發(fā)現(xiàn)任何粒子有任何內(nèi)稟波動(dòng)屬性。這說明根本不存在"物質(zhì)波"。而德布羅意"物質(zhì)波"概念恰在于粒子運(yùn)動(dòng)"潛動(dòng)能"的事實(shí)。所以，與其說德布羅意發(fā)現(xiàn)了"物質(zhì)波"，毋寧說他發(fā)現(xiàn)了粒子運(yùn)動(dòng)的潛動(dòng)能。

之所以人們認(rèn)為粒子具有波動(dòng)性，客觀原因在于人們對(duì)微觀粒子，例如光子，幾乎完全缺乏了解。也因之，目前為止，光子的"波粒二象性"問題仍屬世界公認(rèn)遺難問題之一！

第七章普適方程物理意義

7.1 普適方程物理意義

普適方程物理意義可用圖（4）

描述如下：

圖中曲線 ① 就是普適方程 ①

式，這代表大自然一種普遍基本規(guī)

律--相互吸引規(guī)律。式中 T 為

粒子（含天體）軌道動(dòng)能，V 為引

力勢(shì)能。動(dòng)能等與勢(shì)能之半，這本是

經(jīng)典物理內(nèi)容。

曲線 ③ 就是普適方程 ③ 式，

這代表大自然另一種普遍基本規(guī)律

--相互排斥規(guī)律。式中 E 為粒子

（含天體）所得到的由輻射中心來的

輻射（排斥）能。

顯然，曲線 ① 是線性的，即引

力能 V 隨距離 r 呈直線變化；而

排斥能 E（曲線 ③）是雙曲線。故，

兩條曲線必相交，交點(diǎn)為 ②，即普適方程 ② 式（T＝E）。這代表大自然第三種基本規(guī)律--普遍客觀存在規(guī)律--兩種相反作用永恒絕對(duì)平衡規(guī)律：既可以是穩(wěn)態(tài)平衡，例如原子和太陽(yáng)系；又可以是動(dòng)態(tài)平衡，例如銀河系及宇宙的膨脹（含宇宙爆炸）。并且牛頓力學(xué)在大自然中完全好用！量子力學(xué)對(duì)牛頓力學(xué)的非議純屬癔語(yǔ)糊勒！

7.2 普適方程注釋

第一，普適方程物理意義雖很寬廣，但卻真實(shí)具體，并不抽象。

第二，普適方程可以直接用來計(jì)算原子結(jié)構(gòu)，計(jì)算天文結(jié)構(gòu)須要變換（略）。

第三，已不難看出大自然（宇宙萬物）沒有任何東西能夠（可以）逃脫普適方程規(guī)律的支配！所以這里用了"永恒絕對(duì)普遍"規(guī)律說法，不僅物理意義，而且哲學(xué)意義準(zhǔn)確可靠。亦不難看出人類目前為止的哲學(xué)理論錯(cuò)誤（略）！

第四，因此不難理解：普朗克常數(shù)及量子數(shù)好比一對(duì)孿生兄弟，他們共同貫穿全部物理世界全部?jī)?nèi)容！

研究表明，這已構(gòu)成物理學(xué)最基本的定律--物理學(xué)奠基定律。以致物理學(xué)不得不另辟一章：

第八章物理學(xué)奠基定律

8.1 物理學(xué)奠基定律

〖物理學(xué)奠基定律〗：普朗克常數(shù) h＝2π? 與量子數(shù) n＝0,1,2,3… 好比一對(duì)孿生兄弟，它們同時(shí)共同貫穿全部物理世界全部?jī)?nèi)容，無例外。

第5篇：量子計(jì)算的意義范文

5月5日，中國(guó)人自己的大飛機(jī)C919首飛成功，舷窗外是蔚藍(lán)而廣闊的天空。此前中國(guó)科學(xué)院于5月3日對(duì)外宣布，世界首臺(tái) 10 比特光量子計(jì)算機(jī)研發(fā)成功，并且，這臺(tái)計(jì)算機(jī)采用的架構(gòu)還具有繼續(xù)增加量子位數(shù)目和提高采樣率的能力。

中國(guó)仿佛進(jìn)入“每天都釋放驚喜”的時(shí)代。

不論是飛船天舟、大飛機(jī)C919，還是充滿“玄幻感”的量子計(jì)算機(jī)，都在不斷詮釋著“中國(guó)力量”，以及其中包含的變革、創(chuàng)新、開放和超越等諸多意義。顯然，在全球經(jīng)濟(jì)仍然面臨諸多不確定性的語(yǔ)境下，以創(chuàng)新引領(lǐng)轉(zhuǎn)型升級(jí)的中國(guó)經(jīng)濟(jì)讓每一個(gè)對(duì)其充滿善意期待的人都更有信心。

大飛機(jī)上天、航母下水、高鐵走向世界、量子計(jì)算機(jī)問世……在有著5000年悠久文明、經(jīng)歷過積弱積貧苦難、正在走向復(fù)興夢(mèng)想的中國(guó)大地上，“大國(guó)重器”接踵而至帶來的自豪在微信朋友圈霸屏。與此同時(shí)，越來越多的人也想得更深和看得更遠(yuǎn)：全新的、多維度的戰(zhàn)略發(fā)展平臺(tái)已然搭建起來，中國(guó)制造和中國(guó)創(chuàng)造不僅能跟全球頂尖創(chuàng)新體系對(duì)標(biāo)，在更先進(jìn)、更高附加值和更充滿想象力的領(lǐng)域，中國(guó)強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)力正在全面形成。

網(wǎng)友親切地將C919稱為“胖9”。從首飛到商業(yè)飛行，“胖9”還有很長(zhǎng)的路要走。但“胖9”放飛的不只是航空產(chǎn)業(yè)的夢(mèng)想――凝聚著22個(gè)省市、200多家企業(yè)、近20萬人的共同托舉之力，這架大飛機(jī)其實(shí)承載了建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和制造業(yè)強(qiáng)國(guó)的嶄新發(fā)展理念。

什么是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展“新常態(tài)”？供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革需要怎樣的目標(biāo)引領(lǐng)？轉(zhuǎn)型升級(jí)有沒有可觸摸的藍(lán)圖？在蔚藍(lán)的天空，帶著后發(fā)優(yōu)勢(shì)的“胖9”能給人諸多啟迪。

中國(guó)商飛上海大場(chǎng)總裝車間門前，“永不放棄”的碑刻見證了“胖9”的誕生和起飛，也使人想起的一席話：“大型客機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)制造能力是一個(gè)國(guó)家航空水平的重要標(biāo)志，也是一個(gè)國(guó)家整體實(shí)力的重要標(biāo)志?！?/p>

毫無疑問，C919客機(jī)代表的不僅是當(dāng)下中國(guó)民用飛機(jī)制造的最高水平，也體現(xiàn)著中國(guó)工業(yè)制造的綜合能力，是中國(guó)現(xiàn)代制造業(yè)攀登上一個(gè)新高峰的標(biāo)志。從“運(yùn)十”到“胖9”的40多年艱難曲折的逐夢(mèng)歷程，灑滿了科學(xué)家、企業(yè)家和中國(guó)工匠的汗水和淚水，中國(guó)經(jīng)濟(jì)也一度在“幾億件襯衣?lián)Q一架飛機(jī)”的階段徘徊。

“常常想起2014年珠海航展期間，中國(guó)商飛舉辦‘大飛機(jī)之夜’晚會(huì)，原‘運(yùn)十’副總設(shè)計(jì)師程不時(shí)用小提琴獨(dú)奏《天鵝之死》那凄婉的樂聲?！痹贑919首飛現(xiàn)場(chǎng)，有人充滿深情地寫下了這樣的文字。而已屆高齡的程不時(shí)表示，我們買飛機(jī)的錢，用嶄新的百元面額鈔票堆起來，已經(jīng)比上海的百座金茂大廈要高……令人欣慰和值得期待的是，我們的大飛機(jī)終究起飛了。

一架大飛機(jī)關(guān)聯(lián)著一個(gè)萬億美元級(jí)別的巨大市場(chǎng)和更龐大的配套產(chǎn)業(yè)鏈條，其具有的產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)、創(chuàng)新引領(lǐng)意義，其實(shí)遠(yuǎn)不止@些――因研制大飛機(jī)而搭建的創(chuàng)新鏈、供應(yīng)鏈和價(jià)值鏈，或能使身處轉(zhuǎn)型升級(jí)陣痛之中的企業(yè)家有更開闊的思路和視野。正是站在轉(zhuǎn)型升級(jí)的戰(zhàn)略高度，業(yè)內(nèi)外專家相信，一架帶著中國(guó)標(biāo)簽的大飛機(jī)的騰空而起，有著太多的標(biāo)志性意義――“如果沒有國(guó)之重器的發(fā)展，就沒有中國(guó)產(chǎn)業(yè)的‘黃金龍骨’?！?/p>

這個(gè)“黃金龍骨”，是更有科技和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的支柱產(chǎn)業(yè)體系。

尋找新動(dòng)能，打造新引擎，以創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，正是當(dāng)下中國(guó)經(jīng)濟(jì)矢志努力的轉(zhuǎn)型目標(biāo)和變革方向?！叭绻袊?guó)能夠在航空領(lǐng)域真正成功，那它基本上可以說會(huì)無所不成?！眹?guó)外觀察家的這一判斷，也從另一個(gè)維度揭示了大飛機(jī)等“大國(guó)重器”具有的戰(zhàn)略意義――應(yīng)對(duì)資本收益邊際加速遞減，跨越中等收入陷阱，抵達(dá)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的彼岸，中國(guó)需要更專注于創(chuàng)新、更著眼于長(zhǎng)遠(yuǎn)和更具有可持續(xù)性的發(fā)展動(dòng)能。

第6篇：量子計(jì)算的意義范文

難以觀測(cè)的粒子

兩千多年前，古希臘哲學(xué)家德謨克利特就認(rèn)為，物質(zhì)是由原子組成的。“原子”一詞的英文就來自希臘文，含義為“不可分割的”。

但是，直到18世紀(jì)才開始有現(xiàn)代意義上的原子理論，而原子的真正奧秘則直到20世紀(jì)才開始被揭示。這究竟是為什么呢？因?yàn)樵訉?shí)在太小了，看不見、摸不著。如今我們知道，原子并非是“不可分割的”，它是由更小的粒子所組成的。

所謂粒子，是指構(gòu)成物質(zhì)的比原子核更簡(jiǎn)單的物質(zhì)，包括電子、質(zhì)子、中子、光子、介子和超子等?？茖W(xué)家最早發(fā)現(xiàn)的粒子是電子和質(zhì)子，1932年又發(fā)現(xiàn)了中子，確認(rèn)原子由電子、質(zhì)子和中子組成。以后發(fā)現(xiàn)的粒子越來越多，累計(jì)已超過幾百種，且還有不斷增多的趨勢(shì)。

后來，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，微觀世界的粒子所遵循的物理規(guī)律和宏觀世界有所差異。宏觀世界的能量是連續(xù)的，而微觀世界的能量是按照最小的單元跳躍式增長(zhǎng)。這種能量的最小單元稱為量子。在此基礎(chǔ)上建立起來的物理學(xué)稱為量子物理學(xué)，原子、電子、光子等粒子的活動(dòng)則遵循量子物理學(xué)的相關(guān)定律。

有意思的是，量子物理學(xué)雖然表述的是微觀粒子的活動(dòng)規(guī)律，卻是在宏觀觀測(cè)的基礎(chǔ)上建立起來的。也就是說，物理學(xué)家觀測(cè)粒子的宏觀活動(dòng)，然后推測(cè)出這些粒子的微觀量子特征。

我們知道，在傳統(tǒng)物理學(xué)領(lǐng)域，我們要了解某個(gè)物體的特征，可以直接觀測(cè)單個(gè)的物體。比如，我們要總結(jié)滾動(dòng)摩擦的特性，可以用一輛帶輪子的小車來做實(shí)驗(yàn)。那么，為什么量子物理學(xué)家不直接觀測(cè)單個(gè)粒子呢？這是因?yàn)閱蝹€(gè)粒子實(shí)在太小，且太活潑了，要找到單個(gè)的粒子就已經(jīng)很不容易了，即使找到它們，它們也不會(huì)按照某種規(guī)律停留在某個(gè)地方或某個(gè)軌跡上。

捕捉光子的陷阱

由于粒子太小太活潑，于是科學(xué)家自然就想到設(shè)置個(gè)“陷阱”去困住這些粒子。這個(gè)思路聽起來很簡(jiǎn)單，似乎常人都能想到。但是，設(shè)置這個(gè)陷阱卻是個(gè)高難度的事情，一度被科學(xué)界認(rèn)為是不可能的事情。法國(guó)物理學(xué)家賽日爾?阿羅什卻率先完成了這個(gè)似乎不可能的任務(wù)。阿羅什（右）在進(jìn)行光子阱實(shí)驗(yàn) 瓦恩蘭在設(shè)計(jì)原子鐘

從1990年開始，阿羅什就在設(shè)法完成這個(gè)任務(wù)。最終，他在接近絕對(duì)零度（零下273攝氏度）的溫度條件下，用兩個(gè)高性能超導(dǎo)體充當(dāng)?shù)姆垂忡R組成了一個(gè)光學(xué)陷阱。這種陷阱的科學(xué)術(shù)語(yǔ)為“高反射光學(xué)微腔”，或“光子阱”。

接下來，阿羅什成功地把一些光子引入到光子阱中。這些光子被困在反光鏡陷阱中的時(shí)間僅僅為0.1秒。這個(gè)時(shí)間對(duì)我們普通人來說實(shí)在太短了，也不過一眨眼的時(shí)間。但是，對(duì)于量子物理學(xué)家來說，這個(gè)時(shí)間已經(jīng)足夠長(zhǎng)了。

在這短短0.1秒的時(shí)間內(nèi)，光子不斷反彈的總移動(dòng)距離居然高達(dá)3萬千米，足以做很多測(cè)量和操控動(dòng)作。阿羅什就是抓住了這個(gè)轉(zhuǎn)瞬即逝的機(jī)會(huì)，將一個(gè)極為活躍的“里德博原子”送入“陷阱”中作為探針。這個(gè)原子在捕獲光子后，將單個(gè)光子的量子信息呈現(xiàn)出來，就如同X光描繪出人體的內(nèi)部構(gòu)造一樣。

阿羅什早在20年前就設(shè)置出光子阱，而且他一直堅(jiān)持從事這個(gè)領(lǐng)域的研究，并不斷獲得新的突破。2011年，阿羅什在光子阱實(shí)驗(yàn)中引入反饋機(jī)制。當(dāng)發(fā)現(xiàn)光子阱中的光子數(shù)變少時(shí)，他就注入新光子，令光子阱中保持固定數(shù)目的光子。采用這樣的方法，就好像把一些光子永久地困在了光子阱中，這超越了愛因斯坦的希望――將光子困住幾秒。

阿羅什花了很大的力氣來建立光子阱，但是他曾經(jīng)也不太清楚他的研究成果究竟會(huì)有什么實(shí)際應(yīng)用。他說：“如果你像我們一樣研究單個(gè)的粒子，那么你將可以以一種奇妙的方式來揭示量子力學(xué)，并且你也可以研究所有的量子過程?！币苍S，好奇心才是驅(qū)動(dòng)他一生進(jìn)行這項(xiàng)研究的動(dòng)力，而研究工作本身就是對(duì)他最好的報(bào)答。

阿羅什在接到獲獎(jiǎng)的電話通知時(shí)正與妻子一起回家，他說：“我很幸運(yùn)，我在街上走著，正好經(jīng)過一個(gè)長(zhǎng)椅，所以我就馬上坐下來……當(dāng)我看到是瑞典的號(hào)碼時(shí)，我就知道好事來了，你知道那種感覺勢(shì)不可擋?！?量子計(jì)算機(jī)通過操控粒子的量子狀態(tài)來快速傳輸信息（漫畫）。

捕捉離子的陷阱

在阿羅什的實(shí)驗(yàn)中，光子是被囚禁的粒子，而原子是探針。而美國(guó)科學(xué)家戴維?瓦恩蘭設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)正好與之相反，他把離子（即帶電的原子）囚禁起來，用光子作為探針去探測(cè)和操控它。

1975年，瓦恩蘭被聘為美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所物理研究員。在那里，他成為離子儲(chǔ)存團(tuán)隊(duì)的負(fù)責(zé)人。應(yīng)用激光冷卻離子技術(shù)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)制造出了至2012年為止最準(zhǔn)確的原子鐘。正是在研制原子鐘的過程中，瓦恩蘭設(shè)計(jì)了捕捉離子的陷阱。阿羅什是用光學(xué)陷阱來囚禁光子，瓦恩蘭則用電磁場(chǎng)作為陷阱來囚禁離子，這個(gè)陷阱的科學(xué)術(shù)語(yǔ)因此稱為“離子阱”。為了確保被囚禁的是單個(gè)離子，需要這個(gè)實(shí)驗(yàn)在超高真空和超低溫的條件下進(jìn)行。要實(shí)現(xiàn)這些條件又是十分高難度的事情。最終，瓦恩蘭完成了對(duì)單個(gè)離子的囚禁，測(cè)得了單離子的量子信息。

目前，許多研究人員都已經(jīng)能在實(shí)驗(yàn)室中實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)粒子的囚禁，并在單粒子量子系統(tǒng)研究中取得了不少成果。但是，阿羅什和瓦恩蘭是這個(gè)領(lǐng)域的開拓者，因此2012年的諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)?lì)C發(fā)給了他們。

粒子陷阱的用途

目前，離子阱和光子阱已被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)和技術(shù)研究的各個(gè)領(lǐng)域。尤其是近幾十年來，人們以離子阱為工具，把激光冷卻技術(shù)應(yīng)用于離子阱，為精密測(cè)量、制造新材料、觀察新現(xiàn)象、獲得新知識(shí)提供了廣泛的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

離子阱的研究還可以用來建造超高精度的原子鐘。在這種新型的原子鐘里，科學(xué)家用囚禁起來的離子取代了傳統(tǒng)原子鐘所采用的銫原子。目前，這種新型時(shí)鐘已經(jīng)達(dá)到了比傳統(tǒng)銫原子鐘高兩個(gè)數(shù)量級(jí)的精度。在那樣的精度下，哪怕從宇宙大爆炸之初開始計(jì)時(shí)，迄今的累計(jì)誤差也只有區(qū)區(qū)幾秒。

建造出這種人類歷史上最精確的時(shí)鐘，到底有什么實(shí)際意義呢？意義可是相當(dāng)重大：人類可以更精確地測(cè)量各種宇宙常數(shù)，同時(shí)，也可以進(jìn)一步驗(yàn)證廣義相對(duì)論的各種預(yù)測(cè)。根據(jù)廣義相對(duì)論，在引力場(chǎng)強(qiáng)度更高的地方或是在速度更快的狀態(tài)下，時(shí)間的流逝將會(huì)變慢，這種微觀效應(yīng)很難在實(shí)際生活中觀察到。而通過世界上最精確的原子鐘，一個(gè)人即使是高度變化30米，或是以10米/秒的速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，時(shí)間對(duì)于他流逝的速度變化都可以測(cè)量出來――這將是驗(yàn)證廣義相對(duì)論對(duì)于時(shí)空特性的描述的絕佳工具。

和實(shí)現(xiàn)精密的測(cè)量、制造更精確的原子鐘相比，諾貝爾評(píng)獎(jiǎng)委員會(huì)認(rèn)可阿羅什和瓦恩蘭的原因是他們開啟了量子計(jì)算機(jī)時(shí)代的大門。兩位獲獎(jiǎng)?wù)叩耐黄菩詫?shí)驗(yàn)方法使得整個(gè)研究領(lǐng)域向研制新型超快量子計(jì)算機(jī)又跨了一大步。由于量子計(jì)算機(jī)在理論上要比現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)快成千上萬倍，人們十分期盼它能盡快變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。

目前，量子計(jì)算機(jī)（在理論上將比現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)快成千上萬倍）是各國(guó)科學(xué)家竭力攀登的高峰。但這不僅涉及技術(shù)問題，也涉及許多基礎(chǔ)物理問題。量子計(jì)算機(jī)需要克服的最大障礙是讓處于宏觀世界的我們?nèi)绾稳ゲ倏匚⒂^世界的粒子，最理想的情況是能夠操控單個(gè)量子。量子計(jì)算機(jī)研究面臨的難題之一就是如何操控單粒子的量子狀態(tài)，而兩位獲獎(jiǎng)科學(xué)家的研究讓量子計(jì)算機(jī)的理論基礎(chǔ)變得扎實(shí)起來。目前，科學(xué)家最樂觀的預(yù)測(cè)是10年后能夠出現(xiàn)最簡(jiǎn)單的量子計(jì)算機(jī)。

美國(guó)物理學(xué)會(huì)主席羅伯特?拜爾評(píng)價(jià)說：“阿羅什和瓦恩蘭都通過優(yōu)美的實(shí)驗(yàn)手段使21世紀(jì)有望成為量子世紀(jì)?！笨赡艿?1世紀(jì)中葉，量子計(jì)算機(jī)就會(huì)徹底改變我們的日常生活，其影響跟傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)在20世紀(jì)所做的不相上下。雖然量子計(jì)算機(jī)離實(shí)用還比較遙遠(yuǎn)，但是那一天一旦來到，新的技術(shù)革命也將隨之出現(xiàn)。而這兩塊諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)牌，就像是紀(jì)念人類探索量子世界的里程碑。

2012年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者簡(jiǎn)介

第7篇：量子計(jì)算的意義范文

關(guān)鍵詞：穩(wěn)定子碼；穩(wěn)定子生成元；量子LDPC碼；指錯(cuò)子

中圖分類號(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2008)12-2pppp-0c

A Construction Method of Quantum Low-density-parity-check Codes Based on Stabilizer Codes

WANG Chao-yi,YUE Ke-feng,LIU Jing

(Institute of Signal Processing and Transmission,Nanjing University of Posts & Telecommunications,Nanjing 210003,China)

Abstract:Based on the classical LDPC construction method and quantum error correction techniques,a construction method of quantum low-density-parity-check codes based on stabilizer codes is discussed method in this paper.We provide quantum code (12,3) obtained by our methed as example to verify this construction, together with a numerical simulation of the performance of quantum code (32,12) and quantum code (64,24)over the depolarizing channel.

Key words:stabilizer codes;stabilizer generators;Quantum low-density parity-check codes;syndrome

1 引言

量子糾錯(cuò)編碼技術(shù)是量子通信和量子計(jì)算實(shí)用化的基礎(chǔ)，迄今為止，量子糾錯(cuò)理論日趨完善，幾乎所有經(jīng)典糾錯(cuò)編碼方案都已經(jīng)被移植到量子領(lǐng)域中[1]。低密度奇偶校驗(yàn)（LDPC）碼以其低復(fù)雜度的迭代譯碼算法和可逼近信道容量限的特性已成為經(jīng)典通信中最佳的編碼技術(shù)之一[2,3]。將經(jīng)典的低密度奇偶校驗(yàn)碼與量子糾錯(cuò)編碼技術(shù)相結(jié)合，得到量子低密度奇偶校驗(yàn)碼，具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

目前介紹的量子LDPC糾錯(cuò)碼都是基于CSS量子糾錯(cuò)碼構(gòu)造的[4,5,7]，為了構(gòu)造更一般的，更有效的量子糾錯(cuò)碼，需要發(fā)展構(gòu)造量子糾錯(cuò)碼的系統(tǒng)的理論方法。Gottesman,Calderbank等人發(fā)現(xiàn)了量子糾錯(cuò)碼的群理論結(jié)構(gòu)，引進(jìn)了碼”穩(wěn)定子”的概念[6]，不僅可以發(fā)現(xiàn)更多的量子糾錯(cuò)碼，也可使量子糾錯(cuò)碼的理論更為系統(tǒng)和完善。因此在穩(wěn)定子碼理論基礎(chǔ)上構(gòu)造量子LDPC碼也是值得研究的課題。

本文在穩(wěn)定子碼的構(gòu)造方法基礎(chǔ)上，提出了基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼的構(gòu)造方法，并通過實(shí)例計(jì)算說明此陪集搜索算法的有效性。

2 穩(wěn)定子碼

一個(gè)量子位和環(huán)境相互作用可能發(fā)生的最一般情況用{I,X,Y,Z}四個(gè)算子的作用表示。

令S為n量子位pauli算子群Gn的一個(gè)Abel子群。由于S中的元素都相互對(duì)易，他們?cè)趎量子位的Hilbert空間中可以同時(shí)對(duì)角化。記S中所有元素本征值為+1的共同本征空間為HS，即當(dāng)且僅當(dāng)對(duì)所有M∈S，有

MOФ?=OФ?（1）

成立，才有OФ?∈H。如果一個(gè)量子碼的碼空間就是Hs，則稱這個(gè)量子碼是穩(wěn)定子碼，并稱子群S是這個(gè)碼的穩(wěn)定子[6,8]。

子群S可以用它的生成元表征，一個(gè)用n個(gè)物理量子位編碼K個(gè)邏輯量子位信息的量子碼將有一個(gè)n-K個(gè)生成元的穩(wěn)定子?？梢宰C明，若子群S的生成元有n-K個(gè)（即有n-K個(gè)獨(dú)立的，并足以生成整個(gè)S全體的一組元素），碼空間的維數(shù)將是2K，從而這個(gè)量子碼可以編碼K個(gè)邏輯量子位的信息。

穩(wěn)定子S的生成元可以用于穩(wěn)定子碼的校驗(yàn)。由于S的生成元M1,M2,…Mk是一組相互對(duì)易的厄米算子，它們可以同時(shí)取確定值，因此可以同意對(duì)這組算子的集體測(cè)量診斷出錯(cuò)誤。如果編碼態(tài)沒有錯(cuò)誤出現(xiàn)，那么對(duì)每個(gè)生成元Mi，測(cè)量結(jié)果均為其本征值+1。如果對(duì)某個(gè)Mi測(cè)量結(jié)果為-1，表明已有錯(cuò)誤出現(xiàn)。由于任意出錯(cuò)都可用Gn群元算子的和表示，一個(gè)特定的錯(cuò)誤Ea和穩(wěn)定子的一個(gè)生成元Mi或?qū)σ谆蚍磳?duì)易。如果Ea和Mi對(duì)易，那么

其中OФ?∈Hs，這時(shí)出錯(cuò)態(tài)仍保留在碼空間中。如果Ea和M反對(duì)易，則有

出錯(cuò)將把編碼態(tài)變換到碼空間以外?？偨Y(jié)上面兩種情況，對(duì)于穩(wěn)定子生成元Mi和出錯(cuò)Ea，可以寫出

其中當(dāng)Ea和Mi對(duì)易時(shí)，Sia=0；當(dāng)Ea和Mi反對(duì)易時(shí)，Sia=1。所以對(duì)出錯(cuò)態(tài)EaOФ?，則量穩(wěn)定子S的一組生成元{Mi}，將得到一組本征值：

式中的Sia就是錯(cuò)誤Ea的指錯(cuò)子。對(duì)于非簡(jiǎn)并碼，不同的Ea，指錯(cuò)子Sia不同，從而測(cè)量穩(wěn)定子的n-k個(gè)生成元，可以完全診斷出碼可以糾正的所有錯(cuò)誤[8]。

3 基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼的構(gòu)造

3.1 穩(wěn)定子碼的構(gòu)造

穩(wěn)定子體系極其適合描述量子碼。其基本思想非常簡(jiǎn)單[6,8]：一個(gè)[n,k]穩(wěn)定子碼被定義為由Gn的子群可穩(wěn)定的向量空間VS ,使得-I?S且具有n-k個(gè)獨(dú)立的和對(duì)易的生成元，S{g1,…,gn-k}，我們記該碼為C(S)。

碼C(S)的邏輯基狀態(tài)是什么呢？原理上，給定穩(wěn)定子S的n-k個(gè)生成元，我們可以在碼C(S)中選取任意2k個(gè)正交歸一向量以作為我們的邏輯基狀態(tài)。實(shí)際上，更有意義的是，用更為系統(tǒng)的方法來選取狀態(tài)。一種方法如下：首先我們選取算子Z1-,…Zk-,…,Zk-∈Gn，使得g1,…,gn-k,Z1-,…Zk-形成一個(gè)獨(dú)立的和對(duì)易的集合。算子Zj-扮演邏輯量子比特?cái)?shù)j上的邏輯Pauli sigma z算子的角色，所以邏輯計(jì)算基狀態(tài)Ox1,…,xk?L定義為具有如下穩(wěn)定子的狀態(tài)：

類似地，定義Xj-為Pauli矩陣乘積，他在共軛作用下將Zj-變到-Zj-，而其他的Zi-和gi保持不變。很清楚，X-j對(duì)編碼后的第j個(gè)量子比特起到了量子非門的作用。算子Xj-滿足wcy05.tif，因而可與穩(wěn)定子的所有生成元對(duì)易，也容易驗(yàn)證，Xj-與除Zj-以外的所有Zi-對(duì)易，與Zj-則為反對(duì)易。

3.2 穩(wěn)定子碼的標(biāo)準(zhǔn)形

對(duì)穩(wěn)定子碼。如果我們將碼化為標(biāo)準(zhǔn)形[8,11]，邏輯Z和X算子就會(huì)變得容易理解的多。為了解標(biāo)準(zhǔn)形是什么，考慮[n,k]穩(wěn)定子碼C的校驗(yàn)矩陣[8]：

G=[G1OG2] （7）

這個(gè)矩陣具有n-k個(gè)行。這個(gè)矩陣行的對(duì)換對(duì)應(yīng)于重新標(biāo)記生成元，這個(gè)矩陣兩邊相應(yīng)列的對(duì)換對(duì)應(yīng)于重新標(biāo)記量子比特，將兩行相加對(duì)應(yīng)于乘以生成元；容易看出，當(dāng)i≠j時(shí)，我們總是可以用gigj來替換gi。因此，存在具有不同生成元集合的一個(gè)等價(jià)碼，其相應(yīng)的校驗(yàn)矩陣對(duì)應(yīng)于矩陣G，其中已對(duì)G1應(yīng)用Gauss消去法，且在必要是對(duì)換量子比特：

其中r是G1的秩。下一步，當(dāng)有必要時(shí)對(duì)換量子比特，我們對(duì)E執(zhí)行Gauss消去法以得到：

最后s個(gè)生成元不能與最前r個(gè)生成元對(duì)易，除非D2=0，因此，我們可以假定s=0。進(jìn)而，通過對(duì)行取適當(dāng)?shù)木€性組合，我們也可使C1=0。所以，我們的校驗(yàn)矩陣具有形式：

其中，我們已經(jīng)重新標(biāo)記E2為E，D1為D。不難看出，這種方法不是唯一的；但是，我們說，具有上式形式的校驗(yàn)矩陣處于標(biāo)準(zhǔn)形。

給定量子碼的標(biāo)準(zhǔn)形后，可容易為這個(gè)碼定義編碼后的Z算子。也即，我們必須選擇k個(gè)算子，他們彼此相互獨(dú)立，并獨(dú)立與穩(wěn)定子的生成元，他們彼此對(duì)易并與穩(wěn)定子的生成元對(duì)易。設(shè)對(duì)這些k個(gè)編碼后的Z算子，我們寫出校驗(yàn)矩陣為

其中所有矩陣均具有k個(gè)行，而各自的列維數(shù)分別為r,n-k-r,k,r,n-k-r和k，我們選取這些矩陣使得GZ=?000≠OA2T0I?。這些編碼后的Z算子與穩(wěn)定子生成元的對(duì)易性是由方程I×(A2T)+A2=0來導(dǎo)出的。很清楚，編碼后Z算子相互對(duì)易，因?yàn)樗麄冎话琙算子的積。同樣因?yàn)闆]有任何Z項(xiàng)出現(xiàn)在編碼后的Z算子的定義中，所以編碼后的Z算子與穩(wěn)定子的前r個(gè)生成元獨(dú)立；因?yàn)槌霈F(xiàn)在那些生成元校驗(yàn)矩陣中的(n-k-r)×(n-k-r)的單位矩陣，在編碼后的Z算子校驗(yàn)矩陣中沒有相應(yīng)的項(xiàng)，所以編碼后Z算子與n-k-r生成元集合獨(dú)立。采用類似的方法，我們可選擇具有k×2n校驗(yàn)矩陣?0ETIOCT00?的編碼后X算子。若根據(jù)上述定義得到編碼后的X算子的校驗(yàn)矩陣，則編碼后的X算子具有如下性質(zhì)：相互獨(dú)立且與所有生成元相獨(dú)立，與穩(wěn)定子的所有生成元對(duì)易以及相互對(duì)易；并且，Xj-與除Zj-以外的所有Zi-對(duì)易，而與Zi-反對(duì)易。

3.3 基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼的構(gòu)造

為了介紹基于穩(wěn)定子的量子LDPC碼的構(gòu)造方法，先簡(jiǎn)要說明下基于GF(4)的量子碼。

基于GF(4)的量子碼[9]：穩(wěn)定子碼也可以看作是基于GF4={0,1,w,w-}的碼字，其中1+w+w2=1+w+w-=0。它與Pauli算子I,X,Z,Y之間存在著如下的映射關(guān)系：I?0,X?w,Z?w-,Y?1。此外，根據(jù)跡運(yùn)算tr(x)=x+x-=x+x2，可以計(jì)算出如果tr(ab-)為0，則與Pauli算子關(guān)聯(lián)的a,b對(duì)易；如果tr(ab-)為1，則他們反對(duì)易。從而得出了如下基于GF4n內(nèi)積的定義為[9,10]：

穩(wěn)定子碼的生成源，當(dāng)被表示為一個(gè)GF4n的行向量時(shí)，形成一個(gè)矩陣M，可以被稱為穩(wěn)定子碼的奇偶校驗(yàn)矩陣。定義穩(wěn)定子碼的第i個(gè)生成源以及M矩陣第i行的向量，都由Mi所給出。應(yīng)于上述定義的內(nèi)積，這些行都是正交的。因此對(duì)于任意基于GF（4）的行正交的(n-k)×n矩陣，都定義著一個(gè)n量子位的穩(wěn)定子碼。

根據(jù)以上對(duì)穩(wěn)定子碼的介紹及其相關(guān)性質(zhì)的論證，我們已經(jīng)可以得到基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼，該碼與一般穩(wěn)定子碼的不同之處在于[n,k]穩(wěn)定子碼C的校驗(yàn)矩陣G=[G1OG2]為稀疏矩陣。

具體算法如下：

步驟一：在GF(4)上構(gòu)造長(zhǎng)度為n的稀疏序列，作為穩(wěn)定子碼的第一個(gè)生成元M1，并根據(jù)M1寫出M1的矢量偶表示(а1Oβ1)。

步驟二：在GF(4)上構(gòu)造長(zhǎng)度為n的稀疏序列，作為穩(wěn)定子碼的第二個(gè)生成元M2，并根據(jù)M2寫出M2的矢量偶表示(а2Oβ2)。

步驟三：計(jì)算兩個(gè)序列的內(nèi)積(M1,M2)。

步驟四：若M1，M2不滿足正交條件，即辛內(nèi)積[8,10] а1β2? а2β1≠0或M2和M1不獨(dú)立，則返回步驟三；若滿足正交條件，即辛內(nèi)積а1β2? а2β1=0并且M2和M1相互獨(dú)立，則繼續(xù)尋找稀疏序列，直到找出所有n-k個(gè)穩(wěn)定子生成元，并得到穩(wěn)定子碼的校驗(yàn)矩陣G。

步驟五：將[n,k]碼的校驗(yàn)矩陣轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)形，得到編碼后的Z算子Gz=?000OA2T0I?，和編碼后的X算子?0ETIOCT00?

步驟六：根據(jù)n-k個(gè)穩(wěn)定子生成元和編碼后的Z，X算子，編碼得到量子碼字。

為了驗(yàn)證該算法的有效性，本文通過構(gòu)造（12，3）量子碼為例加以說明，該碼可以編3個(gè)量子比特，穩(wěn)定子生成元個(gè)數(shù)為12-3=9。

根據(jù)步驟1、2、3、4，得到(12,3)碼的校驗(yàn)矩陣為：

便可得到穩(wěn)定子碼的全部碼字。

4 仿真及性能分析

本文仿真了碼率都為3/8的LDPC碼，分別能編12和24個(gè)量子比特，編碼長(zhǎng)度為32和64，錯(cuò)誤模型為退極化信道，其中信息在信道傳輸中比特錯(cuò)誤概率為P，即發(fā)生比特翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤、相位翻轉(zhuǎn)錯(cuò)誤以及比特和相位均發(fā)生錯(cuò)誤的概率各為P/3。

圖4為(32,12)碼與(64,24)碼誤比特率性能比較，縱坐標(biāo)為誤比特率。從兩副圖中可以看出，(32,12)碼的誤比特率比(64,24)碼差，這與目前采用稀疏矩陣編碼得到CSS碼的結(jié)果相一致。這里采用的是退極化信道，在差錯(cuò)概率為0.04時(shí)性能已明顯不夠理想，其原因還需要進(jìn)一步的研究與探索。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文在穩(wěn)定子碼的基礎(chǔ)上，嘗試了量子LDPC碼的構(gòu)造算法，并對(duì)所介紹的基于穩(wěn)定子碼的量子LDPC碼編碼算法進(jìn)行了仿真。其性能在某些方面與基于稀疏矩陣量子LDPC編碼算法相一致，但總體來說編碼性能不高。因此構(gòu)造算法尚需完善，此外在譯碼過程中，采用的方法也是穩(wěn)定子碼的譯碼方法，算法復(fù)雜度較高，是否也可采用與MP譯碼算法等類似的迭代譯碼算法對(duì)其進(jìn)行譯碼，還需要進(jìn)一步的研究。

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第8篇：量子計(jì)算的意義范文

【論文摘要】本文首先探討了近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題，其次分析了納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)，最后電子技術(shù)在時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用進(jìn)行了相關(guān)的研究。因此，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

一、近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用

在電子技術(shù)中應(yīng)運(yùn)中，近似計(jì)算貫穿其始終。然而，沒有近似計(jì)算是不可想象的。而精確計(jì)算在電子技術(shù)中往往行不通，也沒有其必要。盡管近似計(jì)算會(huì)引入一定的誤差，但這個(gè)誤差控制得好，不會(huì)對(duì)分析其它電路產(chǎn)生大的影響。所以關(guān)鍵在于我們?nèi)绾握莆?，特別是如何應(yīng)用近似計(jì)算。

在工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中的應(yīng)用要進(jìn)行靜態(tài)分析，就必須求出三極管的基電壓，必須忽略三極管靜態(tài)基極電流。這樣，我們得到三極管的基射電子的相關(guān)過程及結(jié)論。

二、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題

由于納米器件的特征尺寸處于納米量級(jí)，因此，其機(jī)理和現(xiàn)有的電子元件截然不同，理論方面有許多量子現(xiàn)象和相關(guān)問題需要解決，如電子在勢(shì)阱中的隧穿過程、非彈性散射效應(yīng)機(jī)理等。盡管如此，納米電子學(xué)中急需解決的關(guān)鍵問題主要還在于納米電子器件與納米電子電路相關(guān)的納米電子技術(shù)方面，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）納米Si基量子異質(zhì)結(jié)加工

要繼續(xù)把現(xiàn)有的硅基電子器件縮小到納米尺度，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ㄊ遣捎猛庋?、光刻等技術(shù)制造新一代的類似層狀蛋糕的納米半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。其中，不同層通常是由不同勢(shì)能的半導(dǎo)體材料制成的，構(gòu)建成納米尺度的量子勢(shì)阱，這種結(jié)構(gòu)稱作“半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)”。

（2）分子晶體管和導(dǎo)線組裝納米器件即使知道如何制造分子晶體管和分子導(dǎo)線，但把這些元件組裝成一個(gè)可以運(yùn)轉(zhuǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)仍是一個(gè)非常棘手的難題。一種可能的途徑是利用掃描隧道顯微鏡把分子元件排列在一個(gè)平面上；另一種組裝較大電子器件的可能途徑是通過陣列的自組裝。盡管，PurdueUniversity等研究機(jī)構(gòu)在這個(gè)方向上取得了可喜的進(jìn)展，但該技術(shù)何時(shí)能夠走出實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)用，仍無法斷言。

（3）超高密度量子效應(yīng)存儲(chǔ)器

超高密度存儲(chǔ)量子效應(yīng)的電子“芯片”是未來納米計(jì)算機(jī)的主要部件，它可以為具備快速存取能力但沒有可動(dòng)機(jī)械部件的計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)提供海量存儲(chǔ)手段。但是，有了制造納米電子邏輯器件的能力后，如何用這種器件組裝成超高密度存儲(chǔ)的量子效應(yīng)存儲(chǔ)器陣列或芯片同樣給納米電子學(xué)研究者提出了新的挑戰(zhàn)。

（4）納米計(jì)算機(jī)的“互連問題”

一臺(tái)由數(shù)萬億的納米電子元件以前所未有的密集度組裝成納米計(jì)算機(jī)注定需要巧妙的結(jié)構(gòu)及合理整體布局，而整體結(jié)構(gòu)問題中首當(dāng)其沖需要解決的就是所謂的“互連問題”。換句話說，就是計(jì)算結(jié)構(gòu)中信息的輸入、輸出問題。納米計(jì)算機(jī)要把海量信息存儲(chǔ)在一個(gè)很小的空間內(nèi)，并極快地使用和產(chǎn)生信息，需要有特殊的結(jié)構(gòu)來控制和協(xié)調(diào)計(jì)算機(jī)的諸多元件，而納米計(jì)算元件之間、計(jì)算元件與外部環(huán)境之間需要有大量的連接。就現(xiàn)有傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的微型化而言，由于電線之間要相互隔開以避免過熱或“串線”，這樣就有一些幾何學(xué)上的考慮和限制，連接的數(shù)量不可能無限制地增加。因此，納米計(jì)算機(jī)導(dǎo)線間的量子隧穿效應(yīng)和導(dǎo)線與納米電子器件之間的“連接”問題急需解決。

（5）納米/分子電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)、性能分析模擬環(huán)境

當(dāng)前，分子力學(xué)、量子力學(xué)、多尺度計(jì)算、計(jì)算機(jī)并行技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已取得快速發(fā)展，利用這些技術(shù)建立一個(gè)能夠完成納米電子器件制備、操縱、設(shè)計(jì)與性能分析的模擬虛擬環(huán)境，并使納米技術(shù)研究人員獲得虛擬的體驗(yàn)已成為可能。但由于現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的速度、分子力學(xué)與量子力學(xué)算法的效率等問題，目前建立這種迅速、敏感、精細(xì)的量子模擬虛擬環(huán)境還存在巨大困難。

三、交互式電子技術(shù)手冊(cè)

交互式電子技術(shù)手冊(cè)經(jīng)歷了5個(gè)發(fā)展階段，根據(jù)美國(guó)國(guó)防部的定義：加注索引的掃描頁(yè)圖、滾動(dòng)文檔式電子技術(shù)手冊(cè)、線性結(jié)構(gòu)電子技術(shù)手冊(cè)、基于數(shù)據(jù)庫(kù)的電子技術(shù)手冊(cè)和集成電子技術(shù)手冊(cè)。目前真正意義上的集成了人工智能、故障診斷的第5類集成電子技術(shù)手冊(cè)并不存在，大多數(shù)電子技術(shù)手冊(cè)基本上位于第4類及其以下的水平。需要聲明的是，各類電子技術(shù)手冊(cè)雖然代表不同的發(fā)展階段，但是各有優(yōu)點(diǎn)，較低級(jí)別的電子技術(shù)手冊(cè)目前仍然有著各自的應(yīng)用價(jià)值。由于類以上的電子技術(shù)手冊(cè)在信息的組織、管理、傳遞、獲取方面具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

簡(jiǎn)單的說，電子技術(shù)手冊(cè)就是技術(shù)手冊(cè)的數(shù)字化。為了獲取信息的方便，數(shù)字化后的數(shù)據(jù)需要一個(gè)良好的組織管理和提供給用戶的形式，電子技術(shù)手冊(cè)的發(fā)展就是圍繞這一過程來進(jìn)行的。

四、電子技術(shù)在時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用

時(shí)間和頻率是描述同一周期現(xiàn)象的兩個(gè)參數(shù)，可由時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，兩者可共用的一個(gè)基準(zhǔn)。

1952年國(guó)際天文協(xié)會(huì)定義的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)是基于地球自轉(zhuǎn)周期和公轉(zhuǎn)周期而建立的，分別稱為世界時(shí)（UT）和歷書時(shí)（ET）。這種基于天文方面的宏觀計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)備龐大，操作麻煩，精度僅達(dá)10-9。隨著電子技術(shù)與微波光譜學(xué)的發(fā)展，產(chǎn)生了量子電子學(xué)、激光等新技術(shù)，由此出現(xiàn)了一種新穎的頻率標(biāo)準(zhǔn)——量子頻率標(biāo)準(zhǔn)。這種頻率標(biāo)準(zhǔn)是利用原子能級(jí)躍遷時(shí)所輻射的電磁波頻率作為頻率標(biāo)準(zhǔn)。目前世界各國(guó)相繼作成各種量子頻率標(biāo)準(zhǔn)，如（133Cs）頻標(biāo)、銣原子頻標(biāo)、氫原子作成的氫脈澤頻標(biāo)、甲烷飽和以及吸收氦氖激光頻標(biāo)等等。這樣做后，將過去基于宏觀的天體運(yùn)動(dòng)的計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，改變成微觀的原子本身結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間基準(zhǔn)。這一方面使設(shè)備大為簡(jiǎn)化，體積、重量大減?。涣硪环矫媸诡l率標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)定度大為提高（可達(dá)10-12—10-14量級(jí)，即30萬年——300萬年差1秒）。1967年第13屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過決議，規(guī)定：“一秒等于133Cs原子基態(tài)兩超精細(xì)能級(jí)躍遷的9192631770個(gè)周期所持續(xù)的時(shí)間”。該時(shí)間基準(zhǔn)，發(fā)展了高精度的測(cè)頻技術(shù)，大大有助于宇宙航行和空間探索，加速了現(xiàn)代微波技術(shù)和雷達(dá)、激光技術(shù)等的發(fā)展。而激光技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展又為長(zhǎng)度計(jì)量提供了新的測(cè)試手段。

總之，在探討了近似計(jì)算在靜態(tài)分析中的應(yīng)用問題、納米電子技術(shù)急需解決的若干關(guān)鍵問題和交互式電子技術(shù)應(yīng)用手冊(cè)后，廣大科技工作者對(duì)電子技術(shù)在時(shí)間與頻率標(biāo)準(zhǔn)中的應(yīng)用知識(shí)的初步了解和認(rèn)識(shí)。在當(dāng)代高科技產(chǎn)業(yè)日漸繁榮，尖端信息普遍進(jìn)入我們生活之中的同時(shí)，國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和和諧社會(huì)的構(gòu)建離不開我們科技工作者對(duì)新理論的學(xué)習(xí)和新技術(shù)的應(yīng)用，因此說，本文具有深刻的理論意義和廣泛的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值是不足為虛的。

【參考文獻(xiàn)】

[1]張凡，殷承良《現(xiàn)代汽車電子技術(shù)及其在儀表中的應(yīng)用[J]客車技術(shù)與研究》，2006（01）。

[2]李建《汽車電子技術(shù)的應(yīng)用狀況與發(fā)展趨勢(shì)》[J]，《汽車運(yùn)用》，2006（09）。

[3]陶琦《國(guó)際汽車電子技術(shù)縱覽》[J]，《電子設(shè)計(jì)應(yīng)用》，2005（05）。

[4]劉艷梅《電子技術(shù)在現(xiàn)代汽車上的發(fā)展與應(yīng)用》[J]，《中國(guó)科技信息》，2006（01）。

[5]魏萬云《淺談當(dāng)代電子技術(shù)的發(fā)展》[J]，《中國(guó)科技信息》，2005（19）。

第9篇：量子計(jì)算的意義范文

潘建偉在現(xiàn)場(chǎng)宣布，在光學(xué)體系，研究團(tuán)隊(duì)在去年首次實(shí)現(xiàn)十光子糾纏操縱的基礎(chǔ)上，利用高品質(zhì)量子點(diǎn)單光子源構(gòu)建了世界首臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的光量子計(jì)算機(jī)。

在超導(dǎo)體系，研究團(tuán)隊(duì)打破了之前由谷歌、NASA（美國(guó)國(guó)家航空航天局）和UCSB（加州大學(xué)圣塔芭芭拉分校）公開報(bào)道的9個(gè)超導(dǎo)量子比特的操縱，實(shí)現(xiàn)了目前世界上最大數(shù)目（10個(gè)）超導(dǎo)量子比特的糾纏，并在超導(dǎo)量子處理器上實(shí)現(xiàn)了快速求解線性方程組的量子算法。

系列成果已發(fā)表在國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《自然光子學(xué)》，即將發(fā)表在《物理評(píng)論快報(bào)》上。

傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)要算15萬年的難題，量子計(jì)算機(jī)只需1秒

1981年，美國(guó)物理學(xué)家費(fèi)曼指出，由于量子系統(tǒng)具有天然的并行處理能力，用它所實(shí)現(xiàn)的計(jì)算機(jī)很可能會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越經(jīng)典計(jì)算機(jī)。1994年，麻省理工學(xué)院的Peter？Shor教授提出分解大質(zhì)因數(shù)的高效量子算法，量子計(jì)算引發(fā)了世界各國(guó)的強(qiáng)烈興趣。

“由于量子比特是0和1的疊加態(tài)，在原理上具有超快的并行算和模擬能力，計(jì)算能力隨可操縱的粒子數(shù)呈指數(shù)增長(zhǎng)。這一特點(diǎn)使得量子計(jì)算可為經(jīng)典計(jì)算機(jī)無法解決的大規(guī)模計(jì)算難題提供有效解決方案?！迸私▊フf，“比如，300位10進(jìn)制那么長(zhǎng)數(shù)，用我們目前萬億次的傳統(tǒng)電子計(jì)算機(jī)拿來算的話，大概需要算15萬年。但如果能夠造出一臺(tái)量子計(jì)算機(jī)，它計(jì)算的頻率也是萬億次的話，只需要1秒鐘就可以算完。從這個(gè)角度上講，量子的并行計(jì)算能力是非常強(qiáng)大的?！?/p>

此外，一臺(tái)操縱50個(gè)微觀粒子的量子計(jì)算機(jī)，對(duì)特定問題的處理能力可超過超級(jí)計(jì)算機(jī)。

那哪些算特定問題呢？

朱曉波說：“比如說大數(shù)字分解，這個(gè)是用于現(xiàn)在加密的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的算法。那么你如果能解一個(gè)大數(shù)字分解，就能解密現(xiàn)在很多的加密算法。如果很多加密算法都失效了，國(guó)家金融安全、軍事安全等都會(huì)受到嚴(yán)重影響。還有，量子計(jì)算機(jī)做到一定規(guī)模之后，很有可能實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的快速搜索，以后在解決搜索問題的時(shí)候就具有巨大的優(yōu)勢(shì)?！?/p>

據(jù)專家介紹，根據(jù)各物理體系內(nèi)在優(yōu)勢(shì)及其在實(shí)現(xiàn)多粒子相干操縱和糾纏方面的發(fā)展現(xiàn)狀和潛力，目前，國(guó)際學(xué)術(shù)界在基于光子、超冷原子和超導(dǎo)線路體系的量子計(jì)算技術(shù)發(fā)展上總體較為領(lǐng)先。

研究仍處早期，我國(guó)計(jì)劃在年底實(shí)現(xiàn)大約20個(gè)光量子比特的操縱

多粒子糾纏的操縱作為量子計(jì)算的核心資源，一直是國(guó)際角逐的焦點(diǎn)。在光子體系，潘建偉團(tuán)隊(duì)在多光子糾纏領(lǐng)域始終保持著國(guó)際領(lǐng)先水平，并于2016年底把紀(jì)錄刷新至十光子糾纏。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)此次利用自主發(fā)展的綜合性能國(guó)際最優(yōu)的量子點(diǎn)單光子源，通過電控可編程的光量子線路，構(gòu)建了針對(duì)多光子“玻色取樣”任務(wù)的光量子計(jì)算原型機(jī)。

潘建偉說：“實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該原型機(jī)的‘玻色取樣’速度不僅比國(guó)際同行類似的之前所有實(shí)驗(yàn)加快至少2.4萬倍，同時(shí)，通過和經(jīng)典算法比較，也比人類歷史上第一臺(tái)電子管計(jì)算機(jī)（ENIAC）和第一臺(tái)晶體管計(jì)算機(jī)（TRADIC）運(yùn)行速度快10～100倍。”

這是歷史上第一臺(tái)超越早期經(jīng)典計(jì)算機(jī)的基于單光子的量子模擬機(jī)，為最終實(shí)現(xiàn)超越經(jīng)典超級(jí)計(jì)算能力的量子計(jì)算這一國(guó)際學(xué)術(shù)界稱之為“量子稱霸”的目標(biāo)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

“量子計(jì)算領(lǐng)域有幾個(gè)大家共同努力的指標(biāo)性節(jié)點(diǎn)：第一，展示超越首臺(tái)電子計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力；第二，展示超越商用CPU的計(jì)算能力；第三，展示超越超級(jí)計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力。我們實(shí)現(xiàn)的只是其中的第一步，也是一小步，但是是重要的一步。”潘建偉說。

“朝著這個(gè)目標(biāo)，我們研究團(tuán)隊(duì)將計(jì)劃在今年年底實(shí)現(xiàn)大約20個(gè)光量子比特的操縱，將接近目前最好的商用CPU?！标懗?yáng)說。

但由于高精度量子操控技術(shù)的極端復(fù)雜性，目前量子計(jì)算研究仍處于早期發(fā)展階段?！跋窠?jīng)典計(jì)算機(jī)那樣具有通用功能的量子計(jì)算機(jī)最終能否研制成功，對(duì)整個(gè)科學(xué)界還是個(gè)未知數(shù)?！迸私▊フf。

在信息安全、醫(yī)學(xué)檢測(cè)、導(dǎo)航等方面，量子技術(shù)未來將極大地改變生活

隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來，對(duì)計(jì)算能力的需求可以用一個(gè)詞來形容，就叫做“貪得無厭”。同時(shí)，計(jì)算能力的強(qiáng)弱也對(duì)社會(huì)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用。當(dāng)人們能夠把數(shù)據(jù)里面有效的數(shù)據(jù)結(jié)果都通過計(jì)算給提取出來的話，每一個(gè)數(shù)據(jù)才會(huì)成為真正的財(cái)富。

談到量子計(jì)算機(jī)未來的應(yīng)用前景，潘建偉充滿信心：“我認(rèn)為量子技術(shù)領(lǐng)域目前主要有幾個(gè)方面離實(shí)用非常近：量子通信主要是用在保密方面，它可以大大提高信息安全水平。除此之外，量子計(jì)算可能很快在某些特定計(jì)算方面超越目前傳統(tǒng)的超級(jí)計(jì)算。這些技術(shù)在醫(yī)學(xué)檢測(cè)、藥物設(shè)計(jì)、基因分析、各種導(dǎo)航等方面也將起到巨大的作用，會(huì)給我們的生活帶來極大的改變。比如，我們現(xiàn)在的天氣預(yù)報(bào)只能預(yù)報(bào)幾天，因?yàn)槿绻A(yù)報(bào)第六天、第七天，計(jì)算的時(shí)間可能需要100天，而100天后再來預(yù)測(cè)第六七天的天氣就沒什么意義了?！?/p>

據(jù)潘建偉介紹，在我國(guó)即將啟動(dòng)的量子通信和量子計(jì)算機(jī)的重大項(xiàng)目里，對(duì)光、超導(dǎo)、超冷原子等方向上都已經(jīng)做了相應(yīng)的布局。

“在以后的10到15年里，量子技術(shù)領(lǐng)域的競(jìng)爭(zhēng)將是非常激烈的。比如英國(guó)啟動(dòng)了國(guó)家量子技術(shù)專項(xiàng)、歐盟啟動(dòng)了量子旗艦專項(xiàng)、美國(guó)在論證相應(yīng)的計(jì)劃。包括谷歌、IBM、微軟等在內(nèi)的一些美國(guó)公司也都介入到相關(guān)研發(fā)了。”潘建偉說。